Bio-mimetic responsive facade. An Integrated approach to optimize environmental performance

With the increasing demand for sustainable building design and green buildings, building performance is critical in making decisions. In this thesis, a Bio-mimetic responsive shading system as a modular, dynamic facade was studied to improve the Indoor Environmental Quality and enhance energy efficiency through proper integration. The literature review was carried out to understand the existing adaptive facades and explore the daylight and thermal performance fundamentals for office buildings and building performance simulation tools and metrics. Further, a simplified framework was developed to assess the dynamic shading system's performance in the early design stages for environmental performance aspects such as Daylighting, Energy efficiency, and visual and thermal comfort. The proposed method of performance optimisation utilizes the flexibility of parametric design, building simulation modelling, and optimisation algorithms. In this method, design alternatives were explored through parametric design based on the performance parameters such as Day lighting and thermal performance simulation, and the cases within the thresholds were further optimized to achieve the desired results. Various results were analysed, which could influence the decision-making. Finally, the bio-mimetic responsive façade system's potential was analysed to achieve maximum energy efficiency and visual comfort based on the occupant’s preference in a highly glazed building, and the results were compared to the case without any shading system.

Con la crescente domanda di progettazione di edifici sostenibili e di edifici verdi, le prestazioni degli edifici sono fondamentali per prendere decisioni. In questa tesi, è stato studiato un sistema di ombreggiamento biomimetico come facciata modulare e dinamica per migliorare la qualità ambientale interna e aumentare l'efficienza energetica attraverso una corretta integrazione. La revisione della letteratura è stata effettuata per capire le facciate adattive esistenti ed esplorare i fondamenti della luce del giorno e delle prestazioni termiche per gli edifici per uffici e gli strumenti e le metriche di simulazione delle prestazioni degli edifici. Inoltre, è stata sviluppata una struttura semplificata per valutare le prestazioni del sistema di ombreggiamento dinamico nelle prime fasi di progettazione per gli aspetti delle prestazioni ambientali come l'illuminazione diurna, l'efficienza energetica e il comfort visivo e termico. Il metodo proposto per l'ottimizzazione delle prestazioni utilizza la flessibilità della progettazione parametrica, la modellazione della simulazione dell'edificio e gli algoritmi di ottimizzazione. In questo metodo, le alternative di progettazione sono state esplorate attraverso la progettazione parametrica basata sui parametri di prestazione come la simulazione della luce diurna e delle prestazioni termiche, e i casi entro le soglie sono stati ulteriormente ottimizzati per ottenere i risultati desiderati. Sono stati analizzati vari risultati che potrebbero influenzare il processo decisionale. Infine, è stato analizzato il potenziale del sistema di facciata bio-mimetica reattiva per ottenere la massima efficienza energetica e il comfort visivo in base alle preferenze dell'occupante in un edificio altamente vetrato, e i risultati sono stati confrontati con il caso senza alcun sistema di ombreggiamento.