Bio-Clad : sustainable facade retrofitting with microalgae and parametric approach

This thesis presents a cutting-edge method intended to overcome the drawbacks of standard curtain wall systems, which, even when using typical blinds, frequently fall short in lowering the operational carbon footprint of a building. Fixed shading solutions offer some sun control, but they are not flexible enough to adjust to changing environmental circumstances, which leads to high energy costs for lighting, heating, and cooling. By integrating microalgae into a modular, adaptable facade system, the suggested method provides a sustainable substitute, converting static facades into dynamic, environmentally sensitive building envelopes. The technology creates an adjustable shading solution in a parametrically designed bioreactor network. By responding dynamically to temperature variations and sunlight, this bio-integrated facade lowers heat gain and improves daylighting efficiency. Significant decreases in Annual Sunlight Exposure (ASE) are shown by daylight analysis, which lessens the need for artificial lighting and, consequently, the energy requirements for operations. Furthermore, by producing O₂ and absorbing CO₂, the microalgae improve indoor air quality and produce biomass that may aid in the generation of bioenergy. The system’s modular design makes it simple to assemble and disassemble, which makes it appropriate for retrofitting projects in already-existing urban structures. By optimizing material reuse and prolonging the system’s lifespan, the variable configuration facilitates adaptability to future changes in building requirements or environmental circumstances.

Questa tesi presenta un metodo all’avanguardia progettato per superare i limiti dei sistemi tradizionali di facciate a parete continua (curtain wall), che, anche con l’uso di tende tradizionali, spesso non riescono a ridurre significativamente l’impronta di carbonio operativa di un edificio. Le soluzioni fisse di ombreggiamento offrono un controllo solare limitato, ma non sono abbastanza flessibili da adattarsi ai cambiamenti delle condizioni ambientali, portando così a elevati costi energetici per illuminazione, riscaldamento e raffreddamento. Integrando le microalghe in un sistema di facciata modulare e adattabile, il metodo proposto offre un’alternativa sostenibile, trasformando le facciate statiche in involucri edilizi dinamici e sensibili all’ambiente. La tecnologia crea una soluzione di ombreggiamento regolabile tramite una rete di bioreattori progettata parametricamente. Rispondendo dinamicamente alle variazioni di temperatura e alla luce solare, questa facciata bio-integrata riduce l’acquisizione di calore e migliora l’efficienza dell’illuminazione naturale. L’analisi della luce diurna mostra significative diminuzioni nell’Annual Sunlight Exposure (ASE), riducendo così la necessità di illuminazione artificiale e, di conseguenza, i requisiti energetici per le operazioni. Inoltre, le microalghe producono O₂ e assorbono CO₂, migliorando la qualità dell’aria interna e producendo biomassa che può supportare la generazione di bioenergia. Il design modulare del sistema lo rende semplice da assemblare e disassemblare, rendendolo adatto a progetti di riqualificazione di strutture urbane esistenti. Ottimizzando il riutilizzo dei materiali e prolungando la durata del sistema, la configurazione variabile facilita l’adattabilità a futuri cambiamenti nei requisiti dell’edificio o nelle condizioni ambientali.