Progettazione ottimizzata di sistemi di schermatura solare dinamici: definizione di una metodologia multi-obiettivo per il miglioramento del comfort visivo

This thesis addresses the optimized design of dynamic solar shading systems, combining a critical review of the state of the art with the development and validation of novel simulation and optimization tools for daylight performance. The first part presents a systematic analysis of 36 case studies from recent literature concerning dynamic shading systems. The evaluation, based on a rigorous methodological framework, highlights several critical issues: lack of standardization in simulation settings, inadequate reporting of key parameters and optical properties, and insufficient integration of metrics addressing both daylight availability and visual discomfort. These limitations significantly affect the comparability and replicability of results. Based on these findings, a multi-objective optimization algorithm is developed to generate dynamic control schedules for adaptive shading devices. Implemented in Grasshopper/Honeybee, the algorithm identifies optimal shading configurations by minimizing glare risk and maximizing daylight availability, using annual climate-based metrics. Its effectiveness is validated against standard rule- based control strategies. The algorithm is then applied to an original prototype: a perforated metal “micro-shift” shading system, digitally modeled and tested in simulation. The assessment confirms the system’s potential to balance visual comfort and view-out, particularly in spaces with high window-to-wall ratios. Overall, the study demonstrates the robustness of the proposed workflow and its applicability to real-world scenarios.

Il presente lavoro affronta il tema della progettazione ottimizzata di sistemi di schermatura solare dinamici, combinando una solida analisi critica dello stato dell’arte con lo sviluppo e la validazione di strumenti innovativi per la simulazione e l’ottimizzazione delle performance daylight. Nella prima parte del lavoro, viene condotta una revisione sistematica di 36 casi di studio tratti dalla letteratura scientifica degli ultimi dieci anni, relativi all’assesment prestazionale di sistemi di schermatura dinamica. L’analisi, strutturata secondo uno schema metodologico dettagliato, mette in luce importanti criticità: la mancanza di standardizzazione nell’impostazione delle simulazioni, la scarsa esplicitazione dei parametri di calcolo e delle proprietà ottiche dei materiali, l’assenza di un approccio integrato che consideri simultaneamente quantità di luce e rischio abbagliamento. Tali elementi rendono complessa la comparabilità tra i casi e ne limitano la replicabilità. Sulla base di tali considerazioni, viene sviluppato un algoritmo di ottimizzazione multi-obiettivo per la generazione di uno schedule dinamico di attivazione delle schermature. Implementato in ambiente Grasshopper/Honeybee, l’algoritmo consente di individuare le configurazioni ottimali minimizzando il rischio di abbagliamento e massimizzando la fruizione di luce naturale, secondo criteri parametrici e metriche annuali. La validazione avviene attraverso un confronto con strategie di controllo standard derivate dalla letteratura. Infine, l’algoritmo viene applicato a un innovativo prototipo di schermatura a lamiere forate “micro- shift”, oggetto di modellazione digitale e simulazione prestazionale. L’assessment evidenzia il potenziale del sistema nel garantire un buon equilibrio tra comfort visivo e trasparenza visiva (view- out), soprattutto in ambienti a WWR elevato. Le analisi condotte confermano la validità del workflow proposto e ne suggeriscono l’estendibilità a casi reali.