Bridging biophilic design and engineering performance in early education buildings : an integrated approach on a case study school building in Milan

This thesis investigates the integration of biophilic design principles and engineering performance parameters in early childhood educational environments, with a particular focus on the Comprehensive Institute Francesco Cappelli (Casa del Sole) in Milan. Building on the pedagogical frameworks and neuroscientific foundations discussed in the first two sections, the research develops and applies a mixed-methods evaluation to a case study pavilion. The methodology combines qualitative analysis of the Terrapin biophilic patterns with quantitative simulations through IESVE (for thermal comfort and daylighting) and i-Tree (for vegetation-related ecosystem services). The results highlight both strengths and limitations. While the pavilion benefits from its natural setting and demonstrates significant contributions in terms of air quality, thermal moderation, and psychological restoration, deficiencies in daylight distribution, indoor acoustic performance, and material integration suggest the need for targeted interventions. Enhancement proposals include adaptive daylighting, vegetation-based acoustic strategies, and increased use of natural, low-emission materials. Beyond the case study, the thesis establishes a transferable evaluation framework that bridges perceptual qualities and engineering metrics, thereby offering replicable guidelines for future school design. The findings underline the urgency of positioning biophilic strategies as core components of sustainable educational infrastructure, not only for their environmental and economic value but also for their profound impact on children’s cognitive, emotional, and social development. By doing so, the research contributes to advancing holistic, resilient, and evidence-based approaches to the design of early learning environments.

Questa tesi indaga l’integrazione dei principi del design biofilico e dei parametri prestazionali ingegneristici negli ambienti educativi per la prima infanzia, con particolare riferimento all’Istituto Comprensivo Francesco Cappelli (Casa del Sole) di Milano. Partendo dai quadri pedagogici e dai fondamenti neuroscientifici discussi nelle prime due sezioni, la ricerca sviluppa e applica una valutazione a metodi misti ad un caso studio su un padiglione scolastico. La metodologia combina l’analisi qualitativa dei modelli biofilici di Terrapin con simulazioni quantitative tramite IESVE (per il comfort termico e l’illuminazione naturale) e i-Tree (per i servizi ecosistemici legati alla vegetazione). I risultati mettono in evidenza punti di forza e criticità. Se da un lato il padiglione trae vantaggio dal contesto naturale e dimostra contributi significativi in termini di qualità dell’aria, moderazione termica e benessere psicologico, dall’altro emergono carenze nella distribuzione della luce naturale, nelle prestazioni acustiche degli ambienti interni e nell’integrazione dei materiali, che richiedono interventi mirati. Le proposte di miglioramento includono soluzioni adattive per l’illuminazione naturale, strategie che ricorrono all’uso di vegetazione per l’acustica e un maggiore impiego di materiali naturali a basse emissioni. Al di là del caso studio, la tesi definisce un quadro di valutazione replicabile che mette in relazione qualità percettive e metriche ingegneristiche, offrendo così linee guida adatte per la progettazione delle scuole del futuro. I risultati sottolineano l’urgenza di collocare le strategie biofiliche come componenti centrali delle infrastrutture educative sostenibili, non solo per il loro valore ambientale ed economico, ma anche per il profondo impatto sullo sviluppo cognitivo, emotivo e sociale dei bambini. In tal modo, la ricerca contribuisce ad avanzare approcci olistici, resilienti ed evidence-based alla progettazione degli ambienti di apprendimento per la prima infanzia.