LD3: Lighting Data Driven Design :development of experimental parametric workflow for artificial and natural lighting studies in residential context

This thesis investigates a data-driven, parametric workflow for optimizing lighting design in residential spaces, integrating both artificial and natural lighting analysis. In AEC (architecture, engineering, construction) field, design often takes precedence over function; in this scenario the role of parametric design provides an essential bridge, enabling adaptable and efficient solutions in a circular and versatile workflow, based on numerical analysis. This research examines tools like Grasshopper, Honeybee, Climate studio, speckle and ArchiCAD to analyse relevant metrics such as Daylight Factor (DF), Daylight Autonomy (DA), Useful Daylight Illuminance (UDI) and Glare discomfort, essential for balancing light intensity, visual comfort, and energy efficiency in residential spaces. All those different tools (and more) where investigated with base rule of not designing in the “traditional way”, thus without drawing a single cad line. The project’s context is a modular residential ideally located in Cortina d’Ampezzo, reflecting Italian regulations and real-life constraints. A key element is the dynamic shading system, designed to control daylight entry and reduce glare, heat gain, and reliance on artificial lighting. This responsive shading, together with strategic window placement, optimizes natural light distribution while minimizing light discomfort (and consequentially thermal discomfort and energy demands). Artificial lighting is focused on user comfort task based, and maintaining circadian rhythms (essential for health and well-being). With lighting analysis scenarios, and data-centric design trial-error experimentations, this thesis highlights the potential of parametric approaches since first steps of a workflows to achieve a holistic, but (aiming to be) balanced solution between aesthetic and function. The result is a residential prototype proposal, a proof of concept, that shows the potential of this approach.

Questa tesi indaga un flusso di lavoro (workflow) parametrico basato sui dati per ottimizzare il design dell’illuminazione negli spazi residenziali, integrando sia l’analisi dell’illuminazione artificiale che naturale. Nel campo dell’AEC (architettura, ingegneria, costruzioni), le scelte progettuali spesso prevalgono sulla funzionalità basata su dati concreti e dimostrabili; in questo contesto, il ruolo del design parametrico offre un collegamento essenziale, permettendo soluzioni adattabili ed efficienti in un flusso di lavoro circolare e versatile basato sull’analisi numerica. Questa ricerca utilizza ed esplora strumenti come Grasshopper, Honeybee, Climate Studio, Speckle e ArchiCAD per analizzare metriche rilevanti come il Fattore di Luce Diurna (Daylight Factor), l’Autonomia di Luce Diurna (Daylight analysis), l’Illuminamento di Luce Utile Diurna (Useful Daylight Illuminance) e il disturbo arrecato da riflesso (glare), elementi essenziali per bilanciare intensità luminosa, comfort visivo ed efficienza energetica negli spazi abitativi. Tutti questi software (e altri) sono stati esplorati partendo dalla regola base (autoimposta) di non progettare in modo “tradizionale”, e dunque senza tracciare una singola linea in CAD. Il contesto del progetto è un complesso residenziale modulare, idealmente situato a Cortina d’Ampezzo, che riflette le normative italiane e i vincoli reali. Un elemento chiave è il sistema di ombreggiatura dinamica, progettato per controllare l’ingresso di luce naturale e ridurre il riflesso, il surriscaldamento da irraggiamento e la dipendenza dall’illuminazione artificiale. Questo sistema ombreggiante, insieme alla disposizione strategica delle finestre, ottimizza la distribuzione della luce naturale minimizzando i disturbi da luce eccessiva da irraggiamento (e di conseguenza il disagio termico e le richieste energetiche). L’illuminazione artificiale è focalizzata sul comfort dell’utente per attività specifiche, considerando anche i ritmi circadiani (essenziali per la salute e il benessere). Attraverso scenari di analisi dell’illuminazione e sperimentazioni progettuali basate sui dati e sul processo iterativo, questa tesi evidenzia il potenziale degli approcci parametrici fin dalle prime fasi del progetto e del flusso di lavoro, per raggiungere una soluzione olistica, ma mirata a una ricerca di equilibrio tra estetica e funzione. Il risultato è una proposta di prototipo residenziale, una prova di concetto che mostra il potenziale di questo approccio.