Off-site construction system for existing building stock energy retrofitting. Technological development and performance analysis of timber-based façade and roof modules

Energy performance improvements in existing buildings are the next step towards energy efficiency according to the European Union directives. Especially both public and private buildings built in the fifties and sixties, it means before the energy crises, provide a massive potential for improvements in energy performance. The envelope of these buildings is often in a need of a refurbishment. The aim of this degree thesis is to describe the composition and adaptability of prefabricated façade module and of a constructive system composed of prefabricated modules for modular wooden roof assembling. The thesis is divided in two parts: the first one is focused on a theoretical research about the strong need of refurbishment referring to Italian residential building stock, in particular from 1940 to 1960. Afterward, a theoretical research was carried about the state of the art of some existing solutions of prefabricated façade modules, adopted in different European countries. The second part represents the heart of the work done, since it’s the design one, in which the application of the prefabricated module on the selected building façade and the executive planning of roof prototype are described. Concerning the prefabricated façade module, the crucial aspect is represented by the design approach adopted. Through a parametric design it’s possible to adapt the base geometry studied to different façade configurations, only modifying some numeric and geometric inputs. Afterwards, regarding the roof prototype, the crucial point has been the technological design for the development of the executive details of three prefabricated modules, the deep study of geometrical configurations and the prototype creation with numerically controlled cutting of components and their assembling. These phases are in support of the innovative technological system development, patented by Fastecs, for implementation in the market.

Il miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici esistenti rappresenta il prossimo passo verso una migliore efficienza energetica secondo le Direttive dell’Unione Europea. In particolar modo gli edifici pubblici e privati edificati negli anni ‘ 50 e ‘60, ovvero prima della crisi energetica, rappresentano un grande potenziale di miglioramento. L’involucro edilizio di questi edifici, inteso come facciata e copertura, necessita in molti casi di un intervento di riqualificazione. L’obiettivo del presente elaborato di tesi è quello di descrivere la composizione e l’adattabilità di un modulo prefabbricato di facciata e di un sistema costruttivo composto da moduli prefabbricati per la realizzazione di coperture modulari in legno. Il lavoro si suddivide in due macro fasi: la parte iniziale è dedicata alla rassegna dello stato dell’arte del patrimonio edilizio residenziale italiano dal 1940 al 1960 e vuole sottolineare la forte esigenza di riqualificazione energetica che caratterizza gli edifici appartenenti a quest’epoca. Segue poi una trattazione riguardante varie soluzioni esistenti di pannelli prefabbricati di facciata adottate in vari paesi europei. La seconda fase rappresenta il cuore del lavoro svolto, in quanto in essa si snoda la parte più progettuale che riguarda l’applicazione del modulo prefabbricato di facciata all’edificio scelto e la progettazione esecutiva del prototipo di copertura. Per quanto concerne il modulo prefabbricato di facciata si è voluto mostrare come, attraverso una progettazione parametrica del componente, sia possibile, modificando semplicemente input numerici e geometrici, adattare la geometria base del modulo a diverse configurazioni di facciata. Sfruttando un approccio progettuale di questo tipo è possibile agevolare e semplificare l’adattabilità di un modulo base ad edifici con diverse geometrie. Per quanto riguarda invece il prototipo di copertura, il punto focale è risultato essere la progettazione tecnologica per la realizzazione dei dettagli esecutivi dei tre moduli prefabbricati, lo studio in dettaglio delle principali configurazioni geometriche e la prototipazione con taglio a controllo numerico e successivo assemblaggio del prototipo. Tali fasi sono a supporto dello sviluppo del sistema tecnologico innovativo brevettato da Fastecs, per la messa in opera nel mercato.