Towards an engineering approach for vegetated permeable double skin facade within climate change framework

For decades, the effects of wind on plants have been a well-known and ambitious issue for various disciplines, be it crops, forest canopies or individual plants since shrubs and rooted grasses are also the subject of interest. In fact, its scope ranges from forestry science to plant biology. The author proposes a study focusing on wind-building interaction conducted on a specific technological façade innovation, namely vegetated expanded metal mesh: an innovative version of double skin-facade (DSF). Given the increasing introduction of this type of nature-based solutions (NbS) in the urban environment, increased by the effort coming from the European Commission Biodiversity Strategy and simultaneously the Agenda 2030 by ONU, the need to understand their structural and environmental behavior is crucial for the safety of users and could help to draw future guidelines first related to structural design of the subsystem to which the vegetated permeable double skin façade (VPDSF) is anchored and transfer the load and, second, for architectural applications. However, the porosity of the plants is not preliminary assigned and, together with the dimensionless drag coefficient, is a source of uncertainty due to the high variation caused by the biological properties, e.g., thigmomorphogenesis. Besides, a cause for disquiet and scientific complexity and interest that is addressed within the work is the worsening of climatic phenomena even in Mediterranean areas, which are hazardous in terms of frequency and intensity namely non-synopticc Winds, which further threats the whole built environment by exposing citizens to greater risk than the current prescribed by Guidelines. Simultaneously, the better understanding of wind dispersion of pollutants in urban areas could significantly improve the widespread of a new practice in the design of mitigation strategies such as VPDSF or VDSF for the urban areas, where once more the populations is exposed as well as the biodiversity all, including living being essential for life on Earth. The present research project verifies the feasibility of applying a numerical method that combines mainly the vegetation canopy and might be added the membrane mesh. A solid partnership with the industry maximises the control on the preliminary design phase and might allow an effective optimisation of the green technology itself. The result emphasises the influence of these vegetated systems on the microclimate and enables a preliminary assessment of their interaction with the airflow. The general outcome states a defined methodology valid for the vertical green systems. This classifies the whole doctoral dissertation as new cornerstone for the architectural and engineering field of research when NbS are implemented.

Per decenni, gli effetti del vento sulle piante sono stati un tema noto nella comunità scientifica e ambizioso per varie discipline che la popolano; che si tratti di colture agricole, chiome forestali o piante individuali, poiché anche arbusti ed erbe radicate sono oggetto di interesse. La complessità del tema spazia dalle scienze forestali alla botanica. L'autore propone uno studio incentrato sull'interazione vento-edificio, condotto su un'applicazione tecnologica specifica del mondo delle facciate, ovvero una rete metallica espansa vegetata, che risulta essere una versione innovativa delle più conosciute ma ancora poco studiate facciate a doppia involucro (DSF). Data l'introduzione sempre crescente di questo tipo di soluzioni basate sulla natura (NbS) nel contesto urbano, incrementata dagli sforzi provenienti dal piano strategico di biodiversità della Commissione Europea e contemporaneamente dall'Agenda 2030 delle Nazioni Unite, la necessità di comprendere il loro comportamento strutturale è una priorità per la sicurezza delle persone e potrebbe aiutare a delineare future linee guida per la progettazione strutturale del sottosistema a cui la facciata vegetata a doppia involucro poroso (VPDSF) potrebbe essere ancorata e trasferire il carico. Tuttavia, la porosità delle piante non è assegnata preliminarmente e insieme al coefficiente di resistenza aerodinamica, è fonte di incertezza a causa dell'elevata variazione causata dalle proprietà biologiche, ad esempio la tigmomorfogenesi. Inoltre, una causa di inquietudine e complessità scientifica e di interesse affrontata all'interno del lavoro è il peggioramento dei fenomeni climatici anche nelle aree mediterranee, che sono pericolosi in termini di frequenza e intensità, come i venti sinottici, che minacciano ulteriormente l'intero ambiente costruito esponendo i cittadini a un rischio maggiore rispetto a quello attualmente prescritto dalle linee guida. Allo stesso tempo, una migliore comprensione della dispersione del vento degli inquinanti nelle aree urbane potrebbe migliorare significativamente la diffusione di una nuova pratica nella progettazione di strategie di mitigazione come VPDSF per le aree urbane, dove ancora una volta la popolazione è esposta così come la biodiversità tutta, inclusi gli esseri viventi essenziali per la vita sulla Terra. Il presente progetto di ricerca verifica la fattibilità e qualità scientifica dell'applicazione di un metodo che combina la vegetazione e una rete a membrana. Una solida partnership con l'industria massimizza il controllo sulla fase di progettazione preliminare e potrebbe consentire un'efficace ottimizzazione della tecnologia verde stessa. Il risultato enfatizza l'influenza di questi sistemi vegetati sul microclima e permette una valutazione preliminare dell'interazione con il flusso di aria. La metodologia è pensata per adeguarsi a un fattore di scala che spazia dall'edificio al contesto urbano. Ciò classifica nella sua interezza il contributo di dottorato come una nuova pietra miliare per il campo di ricerca proprio dell'ingegneria e architettura in presenza di NbS.