The work carried out in this thesis focuses on adaptive building façades, able to reconfigure themselves to accommodate indoor and outdoor inputs’ variations; these systems are receiving increasing attention in the research field, enabling to design high-performance buildings, with good indoor comfort conditions, i.e. high control on direct solar radiation, in terms of illuminance, uniformity and DGP. To explore this kind of advanced envelope systems, this work reviews a collection of papers related to applications in architecture of adaptive skins; this review points out the advantages related to this emerging technology, but also some limits: the complexity and additional expenses linked to maintenance and energy need of conventional electrical mechanisms involved in the kinetic behaviour. To address the issue, this work presents a set of design alternatives for adaptive shading systems, whose common theme is to reduce the complexity and the energy need of the driving mechanism or to avoid any physical dynamism; among the proposals, the Static/active elements has been selected, which is perceived from users as a rotating shading device, while no physical movement is involved. This innovative adaptive shading device has been designed, simulated and optimized, proposing some geometric variants; findings from an office box, simulated as case study in DIVA, demonstrate its effectiveness in controlling accurately illuminance, uniformity and glare in different seasons, time periods and orientations. Moreover, the influence of latitude and longitude has been investigated by simulating the system in different locations and it was noticed that the efficacy of the shading device improves at higher latitudes and lower longitudes. Then, the visual transmittance of the shading system has been simulated; besides this, the occupant’s perception from inside having this device installed on the façade has been estimated qualitatively by rendering the presence of objects outside, showing different visual results and shadow patterns. Finally, a full-scale prototype has been produced with the valuable support of Tensoforma Trading S.r.l. and used to make comparative analyses.

Il lavoro svolto in questa tesi riguarda le facciate adattative, in grado di riconfigurarsi per adattarsi a variazioni di input interni ed esterni; questi sistemi stanno ottenendo crescente rilievo nel campo della ricerca, consentendo di progettare edifici ad alte prestazioni, con buone condizioni di comfort interno, nonché un elevato controllo sulla radiazione solare diretta, in termini di illuminamento, uniformità e DGP. Per analizzare i suddetti sistemi di involucro, viene esaminata una raccolta di articoli relativi ad applicazioni in architettura di facciate adattive; la rassegna evidenzia i vantaggi di questa tecnologia, ma anche alcuni limiti: la complessità e i costi legati al fabbisogno energetico e alla manutenzione di meccanismi elettrici tradizionali coinvolti nel cinematismo. Per risolvere il problema, questo lavoro presenta una serie di alternative progettuali per sistemi di schermatura adattivi, il cui tema comune è ridurre la complessità e il fabbisogno energetico del meccanismo o evitare ogni dinamismo fisico; tra le proposte, è stato selezionato Static/active elements, percepito dagli utenti come un dispositivo di schermatura rotante, sebbene non sia coinvolto alcun movimento fisico. Questo innovativo sistema adattivo è stato progettato, simulato e ottimizzato, proponendo alcune varianti geometriche; le simulazioni in DIVA relative ad una “scatola-ufficio” dimostrano la sua efficacia nel controllare l'illuminazione, l'uniformità e l'abbagliamento in diverse stagioni, orari ed orientamenti. Inoltre, è stata studiata l'influenza della latitudine e della longitudine, simulando il sistema in diverse località e si è notato che l'efficacia del sistema di schermatura migliora ad elevate latitudini e a longitudini ridotte. Successivamente, è stata simulata la trasmissione luminosa del sistema di schermatura ed è stata stimata qualitativamente la percezione dell'utente dall'interno avendo il dispositivo installato sulla facciata e degli oggetti all'esterno, mostrando diversi risultati visivi e trame di ombre. Infine, è stato realizzato un prototipo in scala reale con il prezioso supporto di Tensoforma Trading S.r.l. e usato per analisi comparative.

SMART: Simple MechAnism for Responsive facade sysTem. Performance-based design and modelling of an innovative adaptive shading device

KHEIRI, PEGAH;FALASCO, ILARIA
2017/2018

Abstract

The work carried out in this thesis focuses on adaptive building façades, able to reconfigure themselves to accommodate indoor and outdoor inputs’ variations; these systems are receiving increasing attention in the research field, enabling to design high-performance buildings, with good indoor comfort conditions, i.e. high control on direct solar radiation, in terms of illuminance, uniformity and DGP. To explore this kind of advanced envelope systems, this work reviews a collection of papers related to applications in architecture of adaptive skins; this review points out the advantages related to this emerging technology, but also some limits: the complexity and additional expenses linked to maintenance and energy need of conventional electrical mechanisms involved in the kinetic behaviour. To address the issue, this work presents a set of design alternatives for adaptive shading systems, whose common theme is to reduce the complexity and the energy need of the driving mechanism or to avoid any physical dynamism; among the proposals, the Static/active elements has been selected, which is perceived from users as a rotating shading device, while no physical movement is involved. This innovative adaptive shading device has been designed, simulated and optimized, proposing some geometric variants; findings from an office box, simulated as case study in DIVA, demonstrate its effectiveness in controlling accurately illuminance, uniformity and glare in different seasons, time periods and orientations. Moreover, the influence of latitude and longitude has been investigated by simulating the system in different locations and it was noticed that the efficacy of the shading device improves at higher latitudes and lower longitudes. Then, the visual transmittance of the shading system has been simulated; besides this, the occupant’s perception from inside having this device installed on the façade has been estimated qualitatively by rendering the presence of objects outside, showing different visual results and shadow patterns. Finally, a full-scale prototype has been produced with the valuable support of Tensoforma Trading S.r.l. and used to make comparative analyses.
BERTINO, STEFANO
ARC I - Scuola di Architettura Urbanistica Ingegneria delle Costruzioni
20-dic-2018
2017/2018
Il lavoro svolto in questa tesi riguarda le facciate adattative, in grado di riconfigurarsi per adattarsi a variazioni di input interni ed esterni; questi sistemi stanno ottenendo crescente rilievo nel campo della ricerca, consentendo di progettare edifici ad alte prestazioni, con buone condizioni di comfort interno, nonché un elevato controllo sulla radiazione solare diretta, in termini di illuminamento, uniformità e DGP. Per analizzare i suddetti sistemi di involucro, viene esaminata una raccolta di articoli relativi ad applicazioni in architettura di facciate adattive; la rassegna evidenzia i vantaggi di questa tecnologia, ma anche alcuni limiti: la complessità e i costi legati al fabbisogno energetico e alla manutenzione di meccanismi elettrici tradizionali coinvolti nel cinematismo. Per risolvere il problema, questo lavoro presenta una serie di alternative progettuali per sistemi di schermatura adattivi, il cui tema comune è ridurre la complessità e il fabbisogno energetico del meccanismo o evitare ogni dinamismo fisico; tra le proposte, è stato selezionato Static/active elements, percepito dagli utenti come un dispositivo di schermatura rotante, sebbene non sia coinvolto alcun movimento fisico. Questo innovativo sistema adattivo è stato progettato, simulato e ottimizzato, proponendo alcune varianti geometriche; le simulazioni in DIVA relative ad una “scatola-ufficio” dimostrano la sua efficacia nel controllare l'illuminazione, l'uniformità e l'abbagliamento in diverse stagioni, orari ed orientamenti. Inoltre, è stata studiata l'influenza della latitudine e della longitudine, simulando il sistema in diverse località e si è notato che l'efficacia del sistema di schermatura migliora ad elevate latitudini e a longitudini ridotte. Successivamente, è stata simulata la trasmissione luminosa del sistema di schermatura ed è stata stimata qualitativamente la percezione dell'utente dall'interno avendo il dispositivo installato sulla facciata e degli oggetti all'esterno, mostrando diversi risultati visivi e trame di ombre. Infine, è stato realizzato un prototipo in scala reale con il prezioso supporto di Tensoforma Trading S.r.l. e usato per analisi comparative.
Tesi di laurea Magistrale
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