Energy and building form

The building sector is a crucial contributor to climate change, accounting for around 40% of global energy consumption and 33% of CO2 emissions [1] [2]. Energy demand in buildings is driven by a range of factors, including heating, cooling, lighting, and appliances, which are in turn influenced by building forms, such as orientation, shape, and size. Climate change is exacerbating energy demand in buildings, leading to a rise in energy consumption and emissions. However, implementing sustainable building design and energy-efficient approaches, along with the use of renewable energy sources, aims to reduce energy consumption and carbon emissions in the building sector. According to research by the United Nations Environment Program, using renewable energy sources and energy-efficient building materials could potentially reduce global CO2 emissions from buildings by 84% [2]. Therefore, addressing the energy demand of the building sector and promoting sustainable building design is critical to achieving global climate change targets and mitigating its impact on the environment. To expand the knowledge base on building massing in the design stage, this study aims to explore building typologies in different scales and assess their energy performance. Specifically, the study aims to evaluate the extent to which building forming methodology can meet accounting for the role of daylighting, which is a crucial factor in ensuring occupant comfort, reducing energy demand, and maximizing solar potential. The study examines a courtyard case with a floor-to-area ratio of 6 and evaluates its daylighting, solar potential, and energy demand, giving equal weight to all three indicators. The research explores different typologies to understand their strengths and weaknesses and concludes. For example, results of the Angular Shadings with Waving Method has lower energy requirements and higher solar production, making it an attractive option, particularly for buildings with good daylighting. Although courtyards have limited daylighting, they require less energy. The research also finds that massing decisions have a significant impact on building performance, and careful consideration must be given to the design process to avoid negative outcomes, even with other passive strategies applied to the envelope. Consequently, by focusing on building in different scales and energy performance, the study aims to provide valuable outcomes.

Il settore delle costruzioni è un contributore cruciale al cambiamento climatico, rappresentando circa il 40% del consumo globale di energia e il 33% delle emissioni di CO2 [1] [2]. La domanda di energia negli edifici è guidata da una serie di fattori, tra cui il riscaldamento, il raffreddamento, l'illuminazione e gli elettrodomestici, che a loro volta sono influenzati dalle forme degli edifici, come l'orientamento, la forma e la dimensione. Il cambiamento climatico sta aggravando la domanda di energia negli edifici, portando ad un aumento del consumo energetico e delle emissioni. Tuttavia, l'implementazione di progettazione edilizia sostenibile e approcci energeticamente efficienti, insieme all'uso di fonti di energia rinnovabile, mira a ridurre il consumo di energia e le emissioni di carbonio nel settore delle costruzioni. Secondo la ricerca del Programma delle Nazioni Unite per l'Ambiente, l'uso di fonti di energia rinnovabile e materiali edilizi energeticamente efficienti potrebbe potenzialmente ridurre le emissioni globali di CO2 degli edifici dell'84% [2]. Pertanto, affrontare la domanda di energia del settore delle costruzioni e promuovere la progettazione edilizia sostenibile è essenziale per raggiungere gli obiettivi di cambiamento climatico globali e mitigare il suo impatto sull'ambiente. Per ampliare la base di conoscenza sulla massa edilizia nella fase di progettazione, questo studio mira ad esplorare le tipologie edilizie in diverse scale e valutarne le prestazioni energetiche. In particolare, lo studio mira a valutare in che misura la metodologia di formazione degli edifici possa soddisfare il ruolo dell'illuminazione naturale, che è un fattore cruciale per garantire il comfort degli occupanti, ridurre la domanda di energia e massimizzare il potenziale solare. Lo studio esamina un caso di cortile con un rapporto pavimento-area di 6 e valuta la sua illuminazione naturale, il potenziale solare e la domanda di energia, attribuendo lo stesso peso a tutti e tre gli indicatori. La ricerca esplora diverse tipologie per comprendere i loro punti di forza e di debolezza e conclude. Ad esempio, i risultati delle Ombreggiature Angulari con Metodo Ondulato hanno un minor fabbisogno energetico e una maggiore produzione solare, rendendolo un'opzione attraente, in particolare per gli edifici con una buona illuminazione naturale. Anche se i cortili hanno una limitata illuminazione naturale, richiedono meno energia. La ricerca evidenzia inoltre che le decisioni di massa hanno un impatto significativo sulle prestazioni degli edifici e che una particolare attenzione deve essere data al processo di progettazione per evitare risultati negativi, anche con altre strategie passive applicate all'involucro. Di conseguenza, concentrandosi sulla costruzione in diverse scale e sulle prestazioni energetiche, lo studio mira a fornire risultati preziosi.