Bloomhive. Design and digital simulations of a dynamic shading device

The aim of this dissertation is to show how much biomimicry can influence the engineering field and which are the positive effects that an external dynamic shading device has on the internal conditions of the buildings. My thesis project started finding out what biomimicry is. The articles about this topic highlighted how much biomimicry is widespread in human's daily life: let's think for instance about airplanes, designed replicating birds' flight, or about velcro, created after studying the case of the burdock plant. Afterwards, I did further research on other biological systems that inspired human creations and, eventually, I tried to do the same. Observing the Morning Glory flower blooming, I designed a dynamic shading device that imitates its movement. Later on, in order to verify its efficacy, I chose an existing building as a case study and I re-designed it keeping only its structure. The analyses on this building represent the core part of my dissertation project. Through the use of Rhino and Grasshopper, I created the digital model of the dynamic shading device and I virtually applied it to the façade of the building chosen as case study. The main objective has been to check if my solution improves the visual comfort conditions inside the building and for this reason I focused my attention on the daylight simulations. I started with preliminary analyses, I tried to figure out the best shading configuration and then I also made some changes in order to improve the results. When satisfied with those results, I performed some thermal and energy balance simulations. Before concluding the dissertation, I tried to explain the possible mechanism of the dynamic shading and how it can be fixed on the façade through some construction details. In conclusion there are some renderings which give us a view of the overall building with the dynamic shading and of the designed façade viewed from the inside.

L'obiettivo di questa tesi è di mostrare quanto la biomimesi può influenzare l'ingegneria e quali effetti positivi può avere una schermatura esterna sulle condizioni interne di un edificio. Ho iniziato il mio lavoro di tesi facendo ricerche su cosa sia la biomimesi. Gli articoli riguardanti questo argomento hanno evidenziato quanto questa sia diffusa nella nostra quotidianità: basti pensare per esempio agli aerei, progettati dopo aver osservato il volo degli uccelli, o al velcro, inventato dopo aver studiato come fa la bardana ad attaccarsi ai vestiti. In seguito, ho fatto ulteriori ricerche su altri sistemi biologici che hanno ispirato gli uomini nella creazione di oggetti e infine ho provato a fare lo stesso. Osservando infatti la fioritura dell'Ipomea alba, ho progettato una schermatura dinamica che ne imiti il movimento. Successivamente, per verificarne l'efficacia, ho scelto un edificio da utilizzare come caso di studio: di questo ho mantenuto soltanto la struttura, riprogettando completamente gli aspetti architettonici. Le analisi fatte su questo edificio rappresentano il fulcro del mio progetto di tesi. Attraverso l'utilizzo di Rhino e Grasshopper, ho creato il modello digitale della schermatura dinamica e l'ho virtualmente applicata alla facciata dell'edificio scelto come caso di studio. L'obiettivo principale è stato quello di verificare se la mia soluzione migliorasse o meno le condizioni di comfort visivo all'interno dell'edificio e per questo motivo ho concentrato la mia attenzione sulle analisi luminose. Ho iniziato con simulazioni preliminari cercando di trovare la configurazione migliore della schermatura e successivamente ho attuato delle modifiche che migliorassero i risultati. Quando questi sono stati piuttosto soddisfacenti, ho eseguito anche alcune simulazioni termiche e alcuni bilanci energetici. Prima di concludere, ho provato a spiegare quale meccanismo è alla base del movimento della schermatura e come questa sia agganciata alla facciata dell'edificio. In chiusura ho inserito delle immagini renderizzate per dare un'idea generale di come l'edificio appare con la schermatura che ho progettato e alcune immagini che mostrano la schermatura vista dall'interno.