The impact of daylight simulation and multi-objective facade optimisation on design decisions in healthcare facilities: an accessible and biophilic approach for individuals with mobility impairments

This thesis examines how performance-based daylight optimization can be integrated into the architectural decision-making process in a daytime care healthcare setting. The study is based on the assumption that design decisions cannot be made solely on quantitative outputs when different WWR (Window-to-Wall Ratio), glass visible light transmittance (VLT), and shading configurations can produce equivalent daylight performance metrics. In this context, a staged optimization approach has been adopted. In the first stage, the effect of facade transparency ratio and glass transmittance on annual daylight metrics was analysed; it was found that increasing transparency enhances daylight autonomy while potentially increasing the risk of excessive solar exposure and glare. In the second stage, shading parameters were included in the multi-objective optimization process, and it was determined that different geometric configurations could produce similar performance results. This situation validates the concept of performance equivalence. The evaluation framework was expanded under performance equivalence conditions; specifically, light distribution homogeneity, glare control, contrast relationships, and spatial legibility criteria were analysed for individuals with walking disabilities. Additionally, natural light, visual connection with the exterior, material-light interaction, and spatial experience quality were addressed within the biophilic approach. The results reveal that facade alternatives with similar environmental performance can produce differences in terms of spatial quality and user experience. The study proposes a multi-layered decision framework that integrates daylight optimization with accessibility and biophilic design.

Questa tesi esamina come l'ottimizzazione della luce diurna basata sulle prestazioni possa essere integrata nel processo decisionale architettonico in un contesto sanitario di assistenza diurna. Lo studio si basa sul presupposto che le decisioni di progettazione non possono essere prese esclusivamente sulla base di risultati quantitativi quando diversi rapporti WWR (Window-to-Wall Ratio), trasmittanza della luce visibile (VLT) del vetro e configurazioni di ombreggiamento possono produrre metriche di prestazione della luce diurna equivalenti. In questo contesto, è stato adottato un approccio di ottimizzazione graduale. Nella prima fase è stato analizzato l'effetto del rapporto di trasparenza della facciata e della trasmittanza del vetro sulle metriche annuali della luce diurna; è emerso che l'aumento della trasparenza migliora l'autonomia della luce diurna, ma aumenta potenzialmente il rischio di un'eccessiva esposizione solare e di abbagliamento. Nella seconda fase, i parametri di ombreggiamento sono stati inclusi nel processo di ottimizzazione multi-obiettivo e si è determinato che diverse configurazioni geometriche potevano produrre risultati di prestazione simili. Questa situazione convalida il concetto di equivalenza delle prestazioni. Il quadro di valutazione è stato ampliato in condizioni di equivalenza delle prestazioni; in particolare, sono stati analizzati l'omogeneità della distribuzione della luce, il controllo dell'abbagliamento, i rapporti di contrasto e i criteri di leggibilità spaziale per le persone con disabilità motorie. Inoltre, nell'ambito dell'approccio biofilico sono stati affrontati i temi della luce naturale, della connessione visiva con l'esterno, dell'interazione tra materiali e luce e della qualità dell'esperienza spaziale. I risultati rivelano che alternative di facciata con prestazioni ambientali simili possono produrre differenze in termini di qualità spaziale ed esperienza dell'utente. Lo studio propone un quadro decisionale multistrato che integra l'ottimizzazione della luce diurna con l'accessibilità e il design biofilico.