Skinned. A biomimetic approach to adaptive building envelope design

Striving to a sustainable society, reducing energy consumptions and executing these improvements in buildings, are important steps. In the history of architecture, designing sustainable buildings is based on the environmental conditions of the structure, and exploiting the natural resources and climate in order to improve the buildings’ energy consumption, and reducing its footprint on the environment. This, while preserving the internal comfort by using technological solutions. Today, with the advance of technology, the specific location of the building is no longer a design constraint, and more and more demand for adaptive solutions’ design could be seen, which could be implemented in a variety of sites, without limitation, with the use of technology and smart materials, capable of adapting themselves for the constantly changing environmental conditions. In this thesis, adaptive design and its methodology will be investigated, in order to identify the correct typology for the implementation of adaptive systems, and this in order to ease and simplify the creation of an adaptive building skin. Further, a roadmap for designing adaptive building envelopes will be drawn, according to a biomimicry methodology, in order to improve its capabilities and adaptability in various conditions. Ecological and efficient working methods will be explored, using various strategies and criteria that need to be accounted for, and a review will be made on deciding which materials could be used for this kind of systems, while offering optional directions for future uses. Finally, a set of conceptual biomimetic ideas will be presented to demonstrate how technologies, methods and materials that have been studied in the course of this thesis could be developed in order to create an effective and ecological biomimetic adaptive building skin.

La ricerca di una società sostenibile, la riduzione dei consumi energetici e l'esecuzione di questi miglioramenti negli edifici sono passi importanti. Nella storia dell'architettura, la progettazione di edifici sostenibili si basa sulle condizioni ambientali della struttura e sullo sfruttamento delle risorse naturali e del clima per migliorare il consumo energetico degli edifici e ridurne l'impatto sull'ambiente. Questo, preservando il comfort interno utilizzando soluzioni tecnologiche. Oggi, con l'avanzare della tecnologia, la posizione specifica dell'edificio non è più un vincolo progettuale, e si potrebbe vedere una sempre maggiore richiesta di design di soluzioni adattive, che potrebbero essere implementate in una varietà di siti, senza limitazioni, con il utilizzo di tecnologia e materiali intelligenti, in grado di adattarsi alle condizioni ambientali in costante cambiamento. In questa tesi, verrà studiata la progettazione adattiva e la sua metodologia, al fine di identificare la tipologia corretta per l'implementazione di sistemi adattivi, e ciò al fine di facilitare e semplificare la creazione di una pelle di edificio adattabile. Inoltre, una tabella di marcia per la progettazione di involucri edilizi adattativi sarà disegnata, secondo una metodologia di biomimetica, al fine di migliorare le sue capacità e adattabilità in varie condizioni. Saranno esplorati metodi di lavoro ecologici ed efficienti, utilizzando varie strategie e criteri che devono essere tenuti in considerazione, e verrà effettuata una revisione al momento di decidere quali materiali potrebbero essere utilizzati per questo tipo di sistemi, offrendo al contempo indicazioni opzionali per usi futuri. Infine, verrà presentata una serie di idee biomimetiche concettuali per dimostrare come le tecnologie, i metodi e i materiali che sono stati studiati nel corso di questa tesi possano essere sviluppati al fine di creare una pelle di costruzione adattativa biomimetica efficace ed ecologica.