A guide for restoration professionals: adapting Trentino-South Tyrol's traditional buildings to climate variations

This PhD thesis explores the critical intersection of heritage conservation and climate change, addressing the urgent need for innovative and adaptive strategies to safeguard historic buildings from climate-related risks. Grounded in the emerging field of Heritage Climatology (HC), the research develops a practical framework for assessing site-specific climate-induced risks and devising tailored adaptive solutions, in order to enhance the climate resilience of historic structures. In this way the thesis offers a vital contribution to the preservation of cultural heritage in the context of an increasingly changing climate. Rooted in the discipline of HC, the proposed framework equips heritage professionals with the tools needed to conduct comprehensive climate risk analyses. By integrating data from hazard maps and site-specific vulnerability assessments, the framework enables the development of tailored, technical adaptive strategies. Aimed at addressing a critical gap in heritage conservation, it provides a practical methodology that extends to minor and under resourced architectural assets, such as rural buildings and historic farmhouses, that are often overlooked in traditional conservation efforts. The thesis aims to achieve three primary objectives: 1. Develop a methodological framework that broadens the scope of the Knowledge Path by: a. Conducting site-specific climate risk assessments, and b. Formulating technical adaptive solutions that balance heritage preservation with modern climate resilience needs 2. Validate the framework’s effectiveness through a real-world case study, the Tauberhof farmhouse in Trentino-South Tyrol. 3. Contribute to the professionalization of the heritage climatologist role, advocating for the integration of climate expertise into conservation strategies and regional policy-making. The methodological framework developed in this thesis is designed to simplify the process of climate analysis, data retrieval, and solution formulation, making it more accessible for heritage professionals. Specifically, it involves a multi-faceted approach, starting with an investigative phase that assesses potential future damage through the future trends of climate-heritage indices and visual inspections. The subsequent design phase focuses on formulating adaptive measures tailored to the specific hazards and vulnerabilities identified. To inform the validation of the framework’s application, a regional hazard assessment was conducted for the Trentino-South Tyrol region using climate models from the EURO-CORDEX ensemble. The analysis calculated future developments of key climate-heritage indices, such as biomass accumulation, lichen species richness, freeze-thaw cycles, wet-frost index, heavy raindy days, the Scheffer index, and growing degree days, for the periods 1981-2010, 2031-2060, and 2071-2100 under the climate scenarios RCP 4.5 and RCP 8.5. The results indicated the worsening of 6 out of 8 indices and therefore heightened threats to material and structures. Based on these findings, specific adaptive solutions were recommended for each identified issue, ensuring that heritage buildings in the region can be made more resilient in face of future climatic conditions. The framework’s practical application was validated through a building case study, which demonstrated the effectiveness of site-specific adaptive strategies. From a broader perspective, this framework has the potential to offer scalable, site-specific adaptations applicable across diverse regions and types of heritage buildings, ranging from prominent landmarks to minor and under-resourced heritage structures. By ensuring scientifically grounded solutions, it fosters long-term resilience in the face of a changing climate. A pivotal component of this research was a one year internship and subsequent work period at an engineering and architecture firm in Bolzano, supported by the PON PhD scholarship. This experience provided invaluable insights into the dynamics of firms that also operate in the heritage sector, highlighting the practical challenges faced by industry professionals. During the internship, I encountered the pressures for efficiency and the need for rapid, cost-effective solutions, particularly for smaller heritage projects that often lack the financial and technical resources allocated to larger sites. This experience directly influenced the development of a practical, scalable framework in my thesis, ensuring that the proposed solution is not only academically sound but also feasible for real-world application. A key outcome of the internship was the opportunity to work on the Tauberhof farmhouse case study, where the framework’s climate risk assessment approach was applied. This case study demonstrated the value of high-resolution climate data and systematic vulnerability assessments in developing tailored, effective adaptive solutions. In conclusion, this PhD thesis is structured as follows: Chapter 1 introduces the research, followed by Chapter 2, which outlines the research and the framework’s methodology. Chapter 3 explores the evolution of climate adaptation strategies for built heritage, focusing on both global and Italian contexts. Chapter 4 provides a concise review of the climatic threats to heritage structures, identifying the key drivers of deterioration. This is followed by Chapter 5, which presents an original review of technical adaptive solutions. The core original contributions of this thesis are presented in Chapters 6 and Chapter 7. The first focuses on the construction of high-resolution climate hazard maps for the Trentino-South Tyrol region, which form the theoretical foundation for the framework for climate risk assessment and adaptive solutions. In Chapter 7, this framework is validated through a case study, demonstrating its applicability and effectiveness. In conclusion, Chapter 8 reflects on the research outcomes, discusses their broader implications, and suggests potential future directions, advocating for the continued integration of climate resilience into the conservation of both major and minor heritage assets. A series of appendices supply extended data sets, codes and tables as references. Finally, to ensure the research can be readily applied in day-to-day practice, the thesis is accompanied by a stand-alone manual entitled Adapting South Tyrol’s Traditional Buildings to Climate Change: A Guide for Restoration Professionals. Although conceived for practitioners in Trentino–South Tyrol, this supplementary guide is equally valuable to anyone wishing to integrate climate considerations into the Knowledge Path.

Questa tesi di dottorato esplora l’intersezione critica tra la conservazione del patrimonio e i cambiamenti climatici, affrontando l’urgente necessità di strategie innovative e adattive per salvaguardare gli edifici storici dai rischi climatici. Basata sull’emergente disciplina della Climatologia del Patrimonio (Heritage Climatology, HC), la ricerca sviluppa un quadro metodologico pratico per valutare i rischi climatici specifici di ciascun sito e definire soluzioni adattive su misura, al fine di aumentare la resilienza climatica delle strutture storiche. In questo modo, la tesi contribuisce in modo significativo alla conservazione del patrimonio culturale in un contesto di cambiamento climatico crescente. Il quadro proposto, fondato sulla HC, fornisce agli operatori del settore strumenti per condurre analisi complete dei rischi climatici. Integrando dati da mappe di pericolosità e valutazioni di vulnerabilità in situ, consente lo sviluppo di strategie tecniche adattive su misura. Rispondendo a una lacuna critica nella conservazione del patrimonio, offre una metodologia pratica applicabile anche ad architetture minori e scarsamente dotate di risorse, come edifici rurali e casali storici spesso trascurati negli interventi tradizionali. La tesi si pone tre obiettivi principali: 1. Sviluppare un quadro metodologico che estenda il Knowledge Path: a. conducendo valutazioni di rischio climatico sito-specifiche; b. formulando soluzioni tecniche adattive che bilancino conservazione e resilienza climatica. 2. Validare l’efficacia del quadro tramite un caso studio reale: il maso Tauberhof in Trentino-Alto Adige. 3. Contribuire alla professionalizzazione del ruolo del Heritage Climatologist, promuovendo l’integrazione delle competenze climatiche nelle strategie di conservazione e nelle politiche territoriali. Il framework metodologico mira a semplificare i processi di analisi climatica, raccolta dati e definizione delle soluzioni, rendendoli più accessibili ai professionisti del patrimonio. L’approccio prevede una fase investigativa basata su ispezioni visive e tendenze future degli indici clima-patrimonio, seguita dalla formulazione di misure adattive mirate. Per validare l'applicazione del framework, è stata condotta una valutazione della pericolosità climatica nella regione Trentino-Alto Adige, utilizzando modelli climatici dell’ensemble EURO-CORDEX. Sono stati calcolati gli sviluppi futuri di otto indici clima-patrimonio (come accumulo di biomassa, ricchezza di specie licheniche, cicli gelo-disgelo, indice di gelo umido, giorni di pioggia intensa, indice di Scheffer e gradi giorno di crescita) per i periodi 1981–2010, 2031–2060 e 2071–2100, sotto gli scenari RCP 4.5 e RCP 8.5. I risultati hanno mostrato un peggioramento in 6 su 8 indici, evidenziando rischi crescenti per materiali e strutture. In risposta, sono state raccomandate soluzioni adattive specifiche per ogni problema identificato. L’applicazione pratica del framework è stata validata tramite il caso studio dell’edificio Tauberhof, dimostrando l’efficacia delle strategie adattive sito-specifiche. In prospettiva più ampia, il framework mostra un potenziale di adattamento scalabile e applicabile a diversi contesti e tipologie di patrimonio, dai siti monumentali agli edifici minori. Assicurando soluzioni basate su evidenze scientifiche, promuove una resilienza di lungo termine. Una componente fondamentale della ricerca è stata un’esperienza di tirocinio annuale presso uno studio di ingegneria e architettura a Bolzano, supportata da una borsa di dottorato PON. Questa esperienza ha fornito preziose intuizioni sulle sfide operative nel settore, in particolare per i progetti su patrimoni minori, spesso penalizzati da risorse limitate. Tale contesto ha ispirato lo sviluppo di un framework pratico e scalabile, scientificamente valido e applicabile nella realtà professionale. Il lavoro svolto sul caso studio del maso Tauberhof ha dimostrato il valore dell’integrazione tra dati climatici ad alta risoluzione e analisi sistematiche delle vulnerabilità. La tesi è articolata come segue: il Capitolo 1 introduce la ricerca; il Capitolo 2 descrive la metodologia del framework; il Capitolo 3 analizza l’evoluzione delle strategie di adattamento climatico per il patrimonio costruito a livello globale e italiano; il Capitolo 4 esamina le minacce climatiche ai beni storici; il Capitolo 5 propone una rassegna originale delle soluzioni tecniche adattive. I contributi originali principali si trovano nei Capitoli 6 e 7: il primo costruisce le mappe climatiche ad alta risoluzione per il Trentino-Alto Adige, che costituiscono la base teorica del framework; il secondo ne dimostra l’applicabilità attraverso il caso studio. Il Capitolo 8 conclude con una riflessione sugli esiti della ricerca, le implicazioni e le prospettive future, promuovendo l’integrazione della resilienza climatica anche nei patrimoni minori. Infine, per favorire l'applicazione pratica, la tesi è accompagnata da un manuale operativo intitolato Adattare gli edifici tradizionali dell’Alto Adige ai cambiamenti climatici: guida per i professionisti del restauro. Sebbene pensato per il contesto locale, il manuale risulta utile anche in altri territori interessati ad integrare la componente climatica nel Knowledge Path.