Icons under control : a comparative environmental performance assessment of multi-housing morphologies using parametric simulation

The environmental performance of residential buildings is central to sustainable urban development. While envelope systems have advanced, the influence of housing morphology remains less clearly understood. Morphology affects solar exposure, daylight, self-shading and energy performance, and shapes apartment layouts, circulation, façades and passive strategies. Yet its independent influence is hard to isolate, as comparative studies often differ in climate, construction, operation and urban context. This thesis proposes a morphology-based comparative framework to evaluate the environmental performance of multi-housing typologies while minimizing external variables. Nine iconic residential projects representing diverse morphologies were analyzed through a structured "Morphological DNA" framework, and representative units were selected for detailed assessment. Envelope properties were normalized using Latin Hypercube Sampling (LHS), all projects were simulated under a single Berlin reference climate, and operational parameters and urban contexts were standardized or parametrically controlled. Energy demand, daylight availability and solar exposure were evaluated through dynamic simulations in ClimateStudio and Rhino/Grasshopper. At the building scale, compactness (surface-to-volume ratio) explained roughly 70% of the variation in energy use intensity and heating demand between projects, whereas Floor Area Ratio showed no consistent relationship with any indicator. At the dwelling scale, the exposure and position of each unit produced differences often larger than those between projects. Envelope technology dominated energy performance, while urban context played a far greater role in daylight, to a degree that depended on the form itself. No trade-off between daylight and energy performance was observed; trade-offs instead emerged within each domain. The framework offers a transferable approach for integrating environmental performance into multi-housing design.

La prestazione ambientale degli edifici residenziali è centrale per lo sviluppo urbano sostenibile. Nonostante i progressi dei sistemi di involucro, l'influenza della morfologia edilizia rimane poco chiarita. Essa incide su esposizione solare, luce naturale, auto-ombreggiamento e prestazioni energetiche, e orienta la configurazione degli alloggi, la distribuzione, le facciate e le strategie passive. Isolarne l'effetto è però complesso, poiché gli studi comparativi differiscono spesso per clima, costruzione, uso e contesto urbano. La tesi propone un quadro comparativo basato sulla morfologia per valutare le prestazioni ambientali delle tipologie residenziali collettive, minimizzando le variabili esterne. Nove progetti residenziali iconici di diversa morfologia sono stati analizzati tramite il quadro "Morphological DNA", selezionando unità rappresentative per l'analisi di dettaglio. Il clima è stato unificato (Berlino), le proprietà dell'involucro normalizzate mediante Latin Hypercube Sampling (LHS), e parametri operativi e contesti urbani standardizzati o controllati parametricamente. Fabbisogno energetico, luce naturale ed esposizione solare sono stati valutati con simulazioni dinamiche in ClimateStudio e Rhino/Grasshopper. A scala dell'edificio, la compattezza (rapporto superficie/volume) spiega circa il 70% della variazione dell'intensità di consumo energetico (EUI) e del fabbisogno di riscaldamento tra i progetti, mentre il Floor Area Ratio non mostra alcuna relazione coerente con gli indicatori. A scala dell'alloggio, esposizione e posizione di ciascuna unità producono differenze spesso maggiori di quelle tra i progetti. La tecnologia dell'involucro domina le prestazioni energetiche, mentre il contesto urbano incide molto di più sulla luce naturale, in misura dipendente dalla forma. Non emerge alcun compromesso tra luce naturale e prestazioni energetiche; i compromessi si manifestano invece all'interno di ciascun ambito. Il quadro offre un approccio trasferibile per integrare la prestazione ambientale nella progettazione residenziale collettiva.