Valutazione prestazionale adattiva per gli involucri edilizi in regime di cambiamento climatico: azioni di simulazione e testing su un mock-up di facciata continua

The research is framed within the topics of building envelope performance assessment, characterized by the difficulty of dynamically interpreting the interaction between the envelope and its climatic context, especially because of the current climate change. The research is characterized through a deductive methodological approach characterized by a preliminary phase and an application phase with the design and experimental verification of a curtain wall mock-up through simulation and testing activities. The research's state-of-the-art underlines the expected effects of climate change represent a set of primary challenges for building envelopes about maintaining performance characteristics after external stress. This aspect indicates that the building envelope, on the one hand, suffers from the effects (heat-waves, water bombs, wind storms, hurricanes) and, on the other hand, underlines the building envelope's central role in responding to the pressing environmental challenges. Research studies focus on the building envelope's adaptive aspect, being equipped with components that can respond adaptively to specific external stresses. The scientific background shows the difficulty to evaluate the performance of adaptive envelopes, as it is not supported by any regulatory apparatus. In addition, envelope technologies are applied in most cases on transparent surfaces, raising the need to advance knowledge of the impacts of extreme events, specifically for the Mediterranean Region, on curtain wall systems. The motivation for understanding and evaluating the curtain wall systems' performance characteristics in response to changing climatic variables is dictated by the fact that there are still few studies on performance failures and deficits or these are limited to specific contextual areas. In addition, the guidelines for designing a curtain wall system that considers all the necessary criteria for environmental quality are not adequate for the new performance requirements dictated by climate change, making a sequence of iterative actions indispensable to define the minimum characteristics and performance that these types of systems must guarantee to ensure their operation following increasingly severe and sudden events. The opportunity to investigate and advance knowledge on the performance characteristics of curtain walls underlines the research's experimental nature thanks to the support of Cianciolo Group s.r.l, a company specialized in the design of curtain wall systems, and the TCLab section of the Building Future Lab, a laboratory for advanced testing of building envelopes. Due to the criticalities highlighted by the state-of-the-art analysis, the research starts an experimental activity - through simulation activities with Grasshopper software and testing activities - in the field of curtain wall systems, specifically, the unitized system to verify its adaptive performance to specific extreme events identified for the Mediterranean Region such as extreme temperatures, intense rainfall, and wind. The specific objective materializes in structuring a new methodological test procedure concerning tests in the American standards framework to measure in real terms the performance of mock-up when subjected to extreme climate change effects for the Mediterranean Region. The test procedure is applied to the curtain wall mock-up to verify the level of performance adaptation to extreme events specific to the Mediterranean area and to facilitate designers and manufacturers to reduce malfunctions, time, and costs in the construction phase. Therefore, this methodology intends to promote a new 'methodological and experimental protocol' contributing to an increase in expertise on the technological innovation of curtain wall systems, with a strong emphasis on the implementation of 'real simulations' in the processes of performance assessment under climate change for the Mediterranean Region.

La ricerca si inquadra all’interno delle tematiche relative alla valutazione prestazionale degli involucri edilizi, caratterizzata dalla difficoltà di leggere in modo dinamico l’interazione che si instaura tra involucro e contesto climatico di appartenenza, in considerazione dei cambiamenti climatici in atto. La ricerca è caratterizzata da un approccio metodologico deduttivo caratterizzato da una fase istruttoria e una applicativa con la progettazione e verifica sperimentale di un mock-up di facciata continua, mediante attività di simulazione e testing. Lo stato attuale della ricerca indica che gli effetti previsti del cambiamento climatico rappresentano una serie di sfide primarie per gli involucri edilizi, rispetto al mantenimento delle caratteristiche prestazionali dopo una sollecitazione esterna. Questo aspetto indica che l’involucro, da un lato subisce gli effetti (ondate di calore, bombe d’acqua, raffiche di vento, uragani), dall’altro si sottolinea il suo ruolo centrale nel rispondere alle pressanti criticità ambientali. Gli studi della ricerca si concentrano sull’aspetto adattivo dell’involucro, essendo dotato di componenti in grado di rispondere in modo adattivo a specifiche sollecitazioni esterne. Dal background scientifico viene messa in evidenza la difficoltà di valutare a livello prestazionale gli involucri adattivi, non essendo supportato da alcun apparato normativo e, essendo le tecnologie di involucro applicate nella maggior parte dei casi su superfici trasparenti, emerge l’esigenza di avanzare la conoscenza degli impatti degli eventi estremi, nello specifico per la Regione del Mediterraneo, sui sistemi di facciata continua. La motivazione che spinge alla comprensione e valutazione delle caratteristiche prestazionali di sistemi di facciata continua, in risposta a variabili climatiche in continuo mutamento è dettata dal fatto che vi sono ancora pochi studi sui fallimenti e deficit prestazionali o questi sono limitati a specifiche aree contestuali. In aggiunta, le linee guida per progettare un sistema di facciata continua che consideri tutti i criteri necessari alla qualità ambientale non sono adeguate ai nuovi requisiti prestazionali dettati dai cambiamenti climatici, rendendo indispensabile una sequenza di azioni iterative per definire le caratteristiche e le prestazioni minime che questi tipi di sistemi debbano garantire per assicurare il loro funzionamento a seguito di eventi sempre più violenti e repentini. L’opportunità di poter indagare e avanzare la conoscenza sulle caratteristiche prestazionali delle facciate continue rileva il carattere sperimentale della ricerca grazie al supporto dell’azienda Cianciolo Group s.r.l, specializzata nella progettazione dei sistemi di facciata continua e della sezione TCLab del Building Future Lab, laboratorio specializzato in testing avanzato sugli involucri edilizi. In ragione delle criticità messe in evidenza dall’analisi dello stato dell’arte, la ricerca è finalizzata ad avviare un’attività di sperimentazione con il software Grasshopper e attività di testing - nel settore dei sistemi di facciata continua, nello specifico della tipologia a cellula, per verificare il suo funzionamento prestazionale adattivo in relazione a specifici eventi estremi individuati per la Regione del Mediterraneo quali, temperature estreme, precipitazioni e vento intensi. L’obiettivo specifico si materializza nella strutturazione di una nuova procedura metodologica di prova, in riferimento a test in ambito normativo americano, per misurare in termini reali le prestazioni delle facciate continue, quando sono sottoposte a effetti estremi di cambiamento climatico per la Regione del Mediterraneo. La procedura di prova, per verificare il livello di adattamento prestazionale agli eventi estremi specifici dell’area Mediterranea, è applicata al mock-up di facciata continua a cellula, al fine di facilitare progettisti e produttori a ridurre malfunzionamenti, tempi e costi nella fase di realizzazione. Pertanto, questa metodologia intende promuovere un nuovo ‘protocollo metodologico e sperimentale’ contribuendo ad un accrescimento delle competenze sull’innovazione tecnologica dei sistemi di facciata continua, ponendo un forte accento sull’implementazione delle ‘simulazioni dal vero’ nei processi di valutazione prestazionale in regime di cambiamento climatico per la Regione del Mediterraneo.