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Università degli Studi di Genova Scuola Politecnica Dipartimento di Scienze per l’Architettura aa.2015-2016 Corso di Laurea in Architettura Magistrale Relatore: Christiano Lepratti Correlatore: Gian Michele Gancia Tesi di Laurea: Mario Di Sibio

Indice 1. INTRODUZIONE 1.1 LE ORIGINI DELL’ARCHITETTURA PARAMETRICA 1.2 ANNI ‘40 1.3 ’50: ANALOG COMPUTING 1.4 ’60: DIAGRAMMI E PRIMI COMPUTER 1.5 ‘80: STORIA DEL COMPUTER 1.6 ’90: ARCHITETTURE VIRTUALI 1.7

2000: PARAMETRICISMO

5 9 14 20 28 36 40 50

2. [PARA]site 2.1 CLASSIFICAZIONE CLIMATICA 2.2 CONCEPT 2.3 PROCESSO ED ALGORITMO 2.4 OTTIMIZZAZIONE 2.5 VALUTAZIONE

53 56 63 70 83 90

3. CONCLUSIONI

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4. BIBLIOGRAFIA

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parametro /pa’rametro/ s. m. [dal fr. pa-

ramètre, comp. di para-² e -mètre «-metro»].

- 1. (matem.) [costante arbitraria da cui dipende l’andamento di una funzione]. 2. (fig.) [concetto che sta alla base di una valutazione: giudicare la situazione secondo p. diversi] ≈ criterio, metro, misura, principio, valutazione. ‖ canone, metodo, regola.

[Treccani, 2016]

1. INTRODUZIONE Il termine parametrico affonda le proprie radici nella matematica, in particolare in quelle equazioni dette letterali (o parametriche) le cui variabili, al contrario di quelle delle equazioni numeriche, sono espresse in funzione di uno o più parametri. Tramite l’applicazione di queste equazioni, Galielo Galilei, alla fine del Cinquecento, riuscì nel proprio intento di quantificare il moto descrivendolo con leggi matematiche, tutt’ora valide, che mettono in relazione il tempo e lo spazio rispettivamente come parametro e variabile. In epoca recente, tuttavia, il termine parametrico è stato introdotto anche in architettura da alcuni ingegneri ed architetti come etichetta con la quale identificare se stessi e differenziare il proprio operato da altri stili o movimenti.

Anche se la proposta avanzata da Patrick Schumacher di adozione del termine “Parametricismo” risale alla Smart Geometry Conference a Gothemburg del 2007 (Schumacher 2010, The Autopoiesis of Architecture vol.1), una produzione architettonica definibile parametrica ha radici ben più remote.

L’architettura parametrica viene oggi associata alla pratica di ispirare la strategia di progetto attraverso processi digitali ed all’utilizzo di computer e software complessi, al punto che ormai le due discipline risultano così strettamente correlate da rendere quasi indistinguibili i rispettivi confini; ciò tuttavia non è valido per la moltitudine di architetti ed ingegneri che hanno fatto largo uso dei medesimi procedimenti logici, che il calcolatore ha unicamente la facoltà di accelerare, e che permettono di produrre architetture le cui forme dipendono esclusivamente dal risultato di un processo algoritmico generato da molteplici parametri. Tra i pionieri dell’utilizzo di questi metodi spiccano figure come Antoni Gaudì, Luigi Moretti, Sergio Musmeci, Buckminster Fuller, Heinz Isler e Frei Otto. Comune a tutti loro è l’impiego della matematica parametrica e dei modelli fisici di studio per determinare a priori le varie configurazioni di spazi e strutture, come risultato di un problema ben formulato. È quindi soprattutto grazie a questi esempi che oggi è ancora possibile distinguere un’architettura guidata da un processo solido da un esercizio di stile informatico e 5

puramente formale.

Quella che fino agli anni ’80, quindi, non era ancora considerata come una pratica architettonica a sé stante, inizia a delineare i propri caratteri con l’avvento dei primi computer, che compaioni negli studi di ingegneria ed architettura più importanti. L’enorme vantaggio di queste macchine fu quello di velocizzare esponenzialmente compiti complessi come ad esempio i calcoli strutturali, aprendo di fatto le porte a quella che oggi viene definita come architettura digitale. Ben Van Berkel, Ron Arad, Hani Rashid (Asymptote Studio) e Lars Spuybroek (Gruppo NOX) furono tra i primi architetti a fare dell’architettura digitale la propria firma, rimasta tale fino ad oggi.

A metà strada tra architetti “digitali” ed “analogici” si delineano quelle figure contemporanee come Peter Eisenman, che prende le distanze dal processo di definizione delle forme dell’architettura, guidandole invece l’utilizzo dei diagrammi secondo una logica vettoriale-informatica.

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1.1 LE ORIGINI DELL’ARCHITETTURA PARAMETRICA Il metodo sviluppato da Gaudì, anche se può considerarsi l’esempio più importante di utilizzo di matematica parametrica dell’Ottocento, è preceduto da alcuni esempi che fanno uso delle equazioni parametriche per ottimizzare la soluzione ad un problema. James Dana, mineralogista e geologo vissuto nella metà dell’Ottocento, nel proprio libro On the Drawing of Figures of Crystals (Dana, 1837) illustra un processo “passo-passo” di relazione tra vari punti geometrici per disegnare forme cristalline tridimensionali e le relative variazioni, definendolo con parametri, variabili e proporzioni. Dana tuttavia, nonostante ne faccia largo uso, non utilizza il termine parametrico in un senso diverso da quello prettamente matematico.

L’esempio sicuramente più significativo dell’Ottocento, come già detto, è rappresentato da Antoni Gaudì, il maggior esponente del modernismo catalano. Grazie all’opera meticolosa di ricerca di Mark Burry, attuale architetto esecutivo incaricato di completare la Sagrada Familia, è stato possibile conoscere i metodi che Gaudì utilizzò per la progettazione di un’opera così imponente. Egli infatti oltre gli studi di architettura aveva solide basi di matematica avanzata, fisica ed ingegneria. Si concentrò in particolar modo sullo studio della catenaria, una curva che assomiglia alla configurazione che assume una fune appesa ai due estremi e soggetta al peso proprio. L’arco catenario, che Gaudì impiegò sistematicamente, è la struttura che segue l’andamento di queste particolari curve che, se riflesse sull’asse orizzontale, subiscono una ripartizione del carico omogenea che genera sforzi in pura compressione, eliminando la necessità di contrafforti od ulteriori strutture di supporto. È proprio l’analogia con la fune reale che permise a Gaudì di creare enormi modelli di studio grazie ai quali fu in grado di valutare il comportamento strutturale dell’edificio nella sua interezza. Tramite un processo iterativo, cambiando la disposizione delle funi, era possibile per l’architetto determinare gli spazi e contemporaneamente verificare la stabilità della struttura. Questo metodo di “propagazione delle modifiche” è alla base dei moderni si7

stemi parametrici, nei quali ogni modifica in qualsiasi punto si riflette secondo una certa logica su tutto l’insieme. Gaudì, affiancava parallelamente ai modelli fisici una serie di modelli matematici composti da equazioni parametriche per verificare la rigorosità dei procedimenti e dei risultati. Risulta emblematico lo studio per le varie versioni della cappella della Colonia Guell, del quale vi sono testimonianze fotografiche del plastico tridimensionale ribaltato della struttura; il modello della fune appesa ha infatti tutte caratteristiche di un’equazione parametrica: un insieme di parametri indipendenti (lunghezza delle funi, peso, posizione dei punti di ancoraggio) danno origine ad un insieme di variabili (il luogo dei punti situati lungo le funi) in funzione delle leggi di Newton1. Modificando i parametri indipendenti Gaudì poté generare diverse versioni della cappella con la certezza che la struttura fosse sempre sollecitata in pura compressione, creando di fatto un sistema auto rigenerativo del tutto simile ai moderni sistemi parametrici informatici.

1 Davis Daniel; ‘’Modelled on Software Engineering: Flexible Parametric Models in the Practice of Architecture’’; PhD dissertation, RMIT University, 2013

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Antoni GaudĂŹ: Modelli di studio

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1.2 GLI ANNI ‘40 Gli anni ’40 vedono nascere i primi veri esperimenti di architettura parametrica, sia a livello formale sia strutturale, ad opera soprattutto dell’architetto Luigi Moretti e dell’ingegnere Sergio Musmeci. Il primo, fervido sostenitore dell’inadeguatezza della teoria architettonica moderna e postmoderna nell’interpretazione della complessità del mondo e dei problemi a cui l’architettura deve fornire risposte concrete, impossibili da risolvere adeguatamente con una pratica architettonica così rigida e formalista, asserisce che l’architettura debba nascere da una serie di parametri quantizzabili messi in relazione tra loro con un processo logico e rigoroso; il procedimento che genera la forma dell’edificio diventa per la prima volta il fulcro del progetto ed unico generatore. A dimostrazione della propria tenacia, Moretti, nel 1957, fondò l’IRMOU (Istituto per la Ricerca Matematica ed Operativa applicata all’Urbanistica) svolgendo un intenso lavoro di ricerca sull’applicazione della matematica in architettura.

Sergio Musmeci, seguendo la stessa logica, inizia gli studi per le prime strutture in calcestruzzo armato con la filosofia della ‘forma come incognita’; avvalendosi di complessi strumenti matematici abbinati allo studio delle superfici minime, egli pone il problema dell’analisi strutturale in termini di equazioni parametriche, la cui risoluzione porta a diverse soluzioni egualmente valide, prendendo la distanza dal classico procedimento ripetitivo di dimensionamento e verifica.

Egli sosteneva che la scienza delle costruzioni dovesse sviluppare una propria teoria delle forme, distaccandosi dai metodi obsoleti e troppo limitanti riportati nei manuali.

Ciò che accomuna questi due personaggi è la convinzione che il valore dell’architettura non risieda nella definizione delle forme a priori, ma piuttosto, nella corretta definizione delle relazioni tra spazi e singoli elementi, dipendenti da parametri descrivibili e quantizzabili oggettivamente, rendendola di fatto un processo matematico e scientifico ma non meno creativo.

Un esempio perfetto dell’opera e del pensiero di Luigi Moretti è il pro12

totipo dello stadio prodotto per la dodicesima Triennale di Milano del 1960. In collaborazione con alcuni matematici, sviluppò un modello che mette in relazione ben diciannove parametri (dal campo visivo ottimale di ogni spettatore al costo di esecuzione delle opere in cemento armato) la cui variazione genera una serie di curve che rappresentano la “topologia” della struttura dello stadio. Il Watergate Complex di Washington D.C., sempre del 1960, è un ulteriore esempio della pratica architettonica di Moretti basata sulla definizione di parametri, con la differenza che questo venne effettivamente realizzato con l’aiuto di costosissimi calcolatori e l’impiego di esperti informatici; quest’ultima può essere considerata tra le primissime costruzioni in cui il computer ha giocato un ruolo fondamentale.

La progettazione dell’opera più significativa di Sergio Musmeci risale invece al 1967: il Ponte sul Basento a Potenza. La struttura è realizzata in cemento armato plasmato secondo la forma che assumerebbe un “tessuto teso” che permette la miglior distribuzione possibile delle forze.

Risalente sempre agli anni ’40, in America, è l’inizio dell’attività di Richard Buckminster Fuller come ricercatore in un piccolo college in North Carolina dove sviluppò la cupola geodetica. La peculiarità di questa struttura è il rapporto tra dimensioni e resistenza: all’aumentare della prima aumenta proporzionalmente la seconda. Questo fenomeno è reso possibile dal metodo di discretizzazione della cupola in elementi triangolari equilateri che aumentano di numero all’aumentare delle dimensioni della struttura nel complesso ma non modificano la propria dimensione. La struttura di Fuller è considerata quella con il più favorevole rapporto peso/volume racchiuso, al punto che l’esercito americano, constatandone la versatilità, ne fece costruire migliaia.

In questo caso, il modello della cupola geodetica permette di modificare il parametro della dimensione senza alterare l’integrità della struttura, restituendo quindi diversi output sempre validi.

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Luigi Moretti: Stadio Olimpico, 1960

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Luigi Moretti: Watergate Complex, Washington DC, 1960

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Luigi Moretti: Watergate Complex, Washington DC, 1960

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Sergio Musmeci: Ponte sul Basento, Potenza, 1967

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1.3 GLI ANNI ’50: ANALOG COMPUTING Gli anni ’50 videro la nascita delle prime tendenze postmoderne, dichiaratamente in contrasto con la rigida filosofia del Movimento Moderno, coniando frasi come <<Less is a Bore>> di Robert Venturi e Denise Scott Brown e <<Form follows Fiasco>> di Peter Blake, rifiutando anche il celebre saggio ‘Ornament und Verbrechen’ (Ornamento e Delitto) di Adolf Loos del 1908. In questo clima di superamento dei limiti imposti dal Movimento Moderno e dall’International Style, che hanno guidato l’architettura fino a quel momento, nascono le prime opere di Frei Otto e Heinz Isler. Entrambi prendono le distanze dai normali canoni di progettazione, anche da quelli postmoderni, lavorando con un metodo di “Form Finding” che ricorda quello utilizzato da Antoni Gaudì.

Otto, laureato in architettura, fu uno dei più importanti studiosi delle superfici minime, ossia quelle superfici che “collegano” due o più curve di bordo chiuse, disponendosi secondo una configurazione tale per cui la propria area è minimizzata e la curvatura media è sempre zero in ogni punto. In questa configurazione, le tensioni interne delle strutture sono perfettamente bilanciate. La teoria delle superfici minime nacque come problema matematico nel 1792 con la pubblicazione del saggio di Lagrange “Essai d’une nouvelle méthode pour déterminer les maxima et les minima des formules intégrales indéfinies”, nel quale egli cerca le equazioni per descrivere la superficie minima tra due circonferenze. Nel 1850 circa, Joseph Plateau riprese gli studi sulle superfici minime utilizzando telai metallici di diverse forme immersi in acqua saponata per studiare le superfici minime tra curve complesse.

Otto, dalla metà del Novecento in poi, fu il primo ad utilizzare questo procedimento per determinare la forma architettonica. Oltre al sapone egli utilizzò drappi, maglie reticolari appese e tessuti tesi per studiare le configurazioni delle minime tensioni ed ottimizzare le strutture dei telai. Egli quindi, modificando le curve “generatrici” poté utilizzare il processo, che definì insieme all’architetto Bodo Rasch ‘Form Finding’, per generare le forme sinuose che caratterizzano 18

Buckminster Fuller: Cupole Geodetiche

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Buckminster Fuller: Cupole Geodetiche

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la propria architettura. Il primo passaggio era quello di determinare il limite entro cui la superficie non è più bilanciata, messo in atto attraverso lo studio delle superfici di sapone (variando la configurazione del telaio era possibile trovare la distanza massima tra i bordi, oltre la quale la superficie di sapone si disgrega); successivamente applicando al solito telaio un tessuto era possibile valutarne la forma assunta e lo spazio generato da quella particolare configurazione. Anche in questo caso la forma non viene determinata a priori, ma è il risultato di un procedimento che ha come parametro la disposizione reciproca dei punti e delle linee di ancoraggio che determinano la configurazione del materiale utilizzato, assicurando allo stesso tempo una distribuzione uniforme delle tensioni, secondo una logica che si può definire parametrica.

Heinz Isler, ingegnere strutturista svizzero, allo stesso modo, divenne famoso per i suoi “gusci” in cemento armato. Quest’ultimo, mediante dei procedimenti simili a quelli di Otto, studiava la disposizione di catenarie e tessuti appesi, ma congelando letteralmente il materiale per poterlo ribaltare e successivamente studiarne il comportamento a compressione e lo spazio generato, creando delle vere e proprie strutture di ghiaccio compresso.

Entrambi i personaggi quindi operarono lasciando alla forma finale dell’edificio il ruolo di risultato, spesso inatteso, generato da un processo algoritmico fisico ed analogico, simile a quello che al giorno d’oggi viene utilizzato grazie a complessi software di simulazione fisica che permettono di studiare gli stessi modelli anche se virtuali.

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Frei Otto: Studi sulle tensostrutture, Casabella 301, 1966

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Frei Otto: ”Optimized Path”

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Frei Otto: “Optimized Path”; Studi con bolle di sapone; German Pavilion, Expo 1967

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Heinz Isler: Studi sulle tensostrutture; Studi con il ghaiccio

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1.4 GLI ANNI ’60: DIAGRAMMI E PRIMI COMPUTER Nel 1958 si tenne la prima esposizione universale dopo la seconda guerra mondiale a Bruxelles, il cui tema fu quello della ricostituzione della civiltà, in seguito alla distruzione portata dal conflitto, tramite l’utilizzo della tecnologia. Fu allora che la Philips Electronic Company, al tempo leader nel campo tecnologico, incaricò Le Corbusier e Iannis Xenakis di progettare il proprio padiglione per l’Expo. Il progetto è considerato estremamente attuale sia per l’approccio progettuale sia per il concetto che vi sta alla base, oltre che ovviamente per il risultato finale. Il fulcro del padiglione era il ‘Poème Electronique’, ossia la composizione artistica la cui creazione fu affidata ad Edgard Varése, che comprendeva otto minuti di musica elettronica sperimentale affiancata da proiezioni video e giochi di luce. L’edificio invece, progettato quasi esclusivamente da Xenakis, compositore oltre che ingegnere, venne plasmato a partire dalla sinfonia musicale, che doveva assumere caratteri differenti man mano che ci si addentrava all’interno, fino alla sala principale, come quasi in un processo di “digestione” dello spettatore. Il risultato è la spazializzazione del suono, ottenuta fondendo insieme un gruppo di nove paraboloidi iperboliche seguendo un semplice algoritmo matematico che tiene conto della propagazione delle onde sonore. Come lo stesso Le Corbusier dichiarò ai committenti << I will not make a pavilion for You but an Electronic Poem and a vessel containing the poem; light, color images, rhythm and sound joined together in an organic synthesis. >>2 il padiglione non fu pensato come mera architettura, ma come la fusione in un unico elemento organico di luce, colore, immagine, ritmo e suono.

Un approccio completamente innovativo è rappresentato dall’opera di Peter Eisenman, il quale sostiene la necessità di un’autonomia delle forme architettoniche rispetto alle contingenze storiche; per questo motivo viene spesso affiancato alle figure di Aldo Rossi o GiuTrad.: << Non creerò un padiglione per Voi, bensì una Poesia Elettronica ed un recipiente che la contenga; luce, immagini colorate, ritmo e suono fusi insieme in una sintesi organica>>.

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Le Corbusier, Iannis Xenakis: Philips Pavilion 1958

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Le Corbusier, Iannis Xenakis: Philips Pavilion 1958

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seppe Terragni. Eisenman tuttavia, prende le distanze dal processo di definizione della forma attraverso l’utilizzo di uno strumento che egli definisce << […] as old as architecture itself […] >>3: il diagramma. Egli non lo considera un semplice strumento descrittivo o analitico ma piuttosto lo definisce “generativo”: «As a generative device in a process of design, the diagram is also a form of representation. But unlike traditional forms of representation, the diagram as a generator is a mediation between a palpable object, a real building, and what can be called architecture’s interiority. […] [the diagram] suggests an alternative relationship between the subject/author and the work. Such an alternative suggests a movement away from classical composition and personal expressionism toward a more autonomous process.>>4.

Egli basa l’interezza del proprio operato su questo semplice concetto, definendo due diverse tipologie di diagramma (“diagrams of interiority” e “diagrams of estriority”), che fanno riferimento rispettivamente alla forma architettonica e ad alcune tipologie di dati (geografici, matematici, scientifici, testuali), modificandoli tramite trentanove “strumenti” (25 “formali” e 14 “concettuali”), del tutto simili agli strumenti disponibili all’interno dei moderni software, parametrici e non, come ad esempio l’estrusione, l’intersezione, la torsione, la distorsione, la trasformazione, il disassemblaggio o la decomposizione. Tramite l’utilizzo di questi componenti egli riesce a prendere le distanze dal progetto formale, che si genera a partire da una serie di operazione definite in precedenza, come un algoritmo.5 Eisenman, nonostante utilizzi dei procedimenti che al giorno d’oggi sono perfettamente implementabili in un computer, non è conosciuTrad.: << […] antico come l’architettura stessa [..] >> Eisenman Peter; ‘’Diagram Diaries’’; Thames and Hudson, London, 1999

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Trad.: << Come strumento generativo all’interno di un processo di design, il diagramma è anche una forma di rappresentazione. Tuttavia, a differenza delle forme di rappresentazione tradizionali, il diagramma come generatore è un mediatore tra un oggetto palpabile, un edificio reale, e quella che può essere chiamata sostanza dell’architettura. […] [Il diagramma] suggerisce una relazione alternativa tra soggetto/autore ed opera. Una tale alternativa, suggerisce un allontanamento dalla composizione classica e l’espressionismo personale attraverso un processo più autonomo.>> Eisenman Peter; ‘’Diagram Diaries’’; Thames and Hudson, London, 1999

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Marie-Pascale Corcuff; ‘’Forms, Shapes, Diagrams, and Generative Processes’’; GA2010 XIII Generative Art Conference, Politecnico di Milano University, Italy

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to in quanto architetto digitale, poichÊ il processo algoritmico da lui creato è di fatto analogico e solamente la stesura ultima del progetto passa, ovviamente, attraverso il pc, utilizzato come puro strumento di disegno.

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Peter Eisenman: Diagrammi di studio

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Peter Eisenman: Diagrammi di studio

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Peter Eisenman: Diagrammi di studio

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1.5 STORIA DEL COMPUTER L’avvento del computer ha determinato un fenomeno del tutto simile alla rivoluzione industriale. Al giorno d’oggi ognuno ha a disposizione almeno un computer, uno smartphone o un tablet, i quali danno accesso globale ad un’enorme potenza di calcolo, se paragonata alle prestazioni dei primi costosissimi calcolatori. In architettura questo stravolgimento sta avendo un grande impatto, ma iniziò a cambiare il modo con cui ci approcciamo alle costruzioni già dagli anni ’60, periodo in cui i maggiori studi di progettazione tentarono i primi esperimenti informatici.

Ivan Sutherland è considerato il pioniere dei moderni sistemi CAD (Computer-Aided Design) grazie alla creazione, nel 1963, di Sketchpad, un programma per computer, il primo ad avere un’interfaccia grafica, che permetteva di disegnare parametricamente, cioè mantenendo integre le relazioni fra gli oggetti, anche dopo modifiche dell’ultimo momento. Da questi anni in poi, studi come Skidmore, Owings & Merrill iniziarono a sperimentare un approccio digitale all’architettura. Allora tuttavia, la scarsa potenza di calcolo e il costo proibitivo dei calcolatori non permise la larga diffusione di queste macchine.

Nonostante vi fossero già esemplari di computer definibili “personal”, fu IBM nel 1981 a lanciare sul mercato il primo vero Personal Computer di successo, grazie ad un prezzo accessibile e molti accessori disponibili.

Nel 1988 nasce il primo vero software di modellazione parametrica, Pro/ENGINEER, conosciuto ora come PTC Creo, il quale permetteva di modellare definendo le relazioni tra i vari elementi, la loro funzione e la loro dimensione, mantenendo integro il modello di studio virtuale; con questi software il computer non è più solo un tecnigrafo digitale, ma una macchina in grado effettivamente di accelerare il processo di progettazione e di fornire utili informazioni al designer senza la necessità di produrre modelli strutturali fisici o effettuare prove empiriche.

Negli anni ’90 Microsoft ed Apple rilasciano i primi sistemi operativi 34

Sketchpad

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con interfaccia grafica semplice ed accessibile a tutti. Da questo momento in poi il computer inizierà a diventare uno strumento essenziale per molti, dando inizio alla vera e propria rivoluzione informatica.

Architetti come Frank Gehry, Ben Van Berkel e Lars Spuybroek iniziano a basare la totalità del proprio operato sull’utilizzo del computer; inizialmente Gehry adotta il software parametrico CATIA, utilizzato fino a quel momento solo dall’industria aerospaziale, fino a svilupparne una propria versione, ad hoc per la progettazione architettonica, creata dalla propria società Gehry Technologies che venne chiamato Digital Projects.

L’unica barriera alla diffusione del pc in ambito architettonico e soprattutto nell’ambito dell’architettura parametrica, era ancora la necessità di conoscere e studiare complessi linguaggi di programmazione per creare modelli funzionanti e sviluppare algoritmi generativi (come quelli di Eisenman ma codificati in linguaggio di programmazione), senza dover scendere a compromessi con le difficoltà tecniche. Nel corso degli anni ’90 il mondo dei linguaggi di programmazione, che offrono libertà creativa teoricamente illimitata, vedono la nascita di molti linguaggi di programmazione come Python e Java che sono ritenuti più semplici da programmare ma non meno potenti.

La grande novità nel campo dei software utilizzati in architettura è la comparsa nel 2003 del primo programma di “Visual Scripting” Generative Components. Esso permise per la prima volta di lavorare su operazioni e algoritmi personalizzati senza conoscere un linguaggio di programmazione. Tramite l’associazione Input-Output visuale di “blocchetti” contenenti righe di codice basilari, è possibile sviluppare un algoritmo generativo perfettamente funzionantesenza conoscere a fondo i liguaggi di programmazione. Nel 2007 esce “Explicit History”, il predecessore dell’attuale “Grasshopper”, uno dei più apprezzati software di Visual Scripting. La liberazione dalla necessità di conoscere la programmazione permette con un piccolo sforzo di gestire enormi quantità di dati, complicati processi di ottimizzazione parametrici e simulazioni sofisticate per generare forme architettoniche.

Tuttavia, grazie alla relativa facilità d’uso di questi nuovi software, si 36

sta verificando un fenomeno di spersonalizzazione dell’architettura, oggetto di fortissime critiche, dovuto al massiccio uso di questi programmi, i quali, per quanto possano sembrare User-Friendly, necessitano comunque di una buona preparazione e della consapevolezza che il computer ed il software hanno solamente capacità di calcolo e non possono sostituire l’architetto o l’ingegnere nel processo decisionale. Molto spesso infatti si assiste a quello che Arturo Tedeschi definisce sul proprio sito internet6 “Effetto Voronoi”, ossia la tendenza riduttiva ad utilizzare questi software per creare mere decorazioni dall’aspetto “parametrico” ma senza alcuna qualità spaziale o architettonica. << Ciò che risulta realmente indispensabile è la capacità di indagare e controllare le logiche che stanno dietro la forma riuscendo a sviluppare relazioni complesse tra elementi eterogenei. Grasshopper non è un scatola magica o una protesi in grado di estendere le nostre capacità.

Il suo utilizzo non ci consente di realizzare nulla che non siamo in grado di immaginare e definire su un foglio di carta. >>7.

I limiti non appartengono più al software quindi, ma appartengono all’utente ed al modo con cui egli sceglie di approcciare un certo problema.

6

Sito: http://www.arturotedeschi.com/

7

Tedeschi Arturo; intervista su ‘frustrazioniarchitettoniche.blogspot.it’; Nov. 2010

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1.6 ANNI ’90: ARCHITETTI DIGITALI ED ARCHITETTURE VIRTUALI Nel 1988 Philip Johnson inaugurò la mostra di New York intitolata ‘Deconstructivist Architecture’, in cui espose lavori di Frank Gehry, Daniel Libeskind, Rem Koolhaas, Zaha Hadid, Coop Himmelb(l)au, Bernard Tschumi e Peter Eisenman, gettando di fatto le basi per un nuovo movimento architettonico: il Decostruttivismo. La teoria da cui nasce il movimento è la moderna filosofia radicale di Jacques Derrida, il Decostruttivismo, secondo cui << la decostruzione è la denaturalizzazione del naturale >> che si traduce in un approccio che non è soggettivo rispetto alla materia di indagine, piuttosto si tratta di qualcosa che “è sempre già iniziato” nel momento in cui se ne può prendere atto8.

In architettura il Decostruttivismo rappresenta l’ultimo movimento “ufficiale”, nato in risposta alle teorie post moderne, assumendo forme plastiche il cui elemento ordinatore è rappresentato dal caos. Si tratta di un’architettura senza geometria, nella quale sono assenti gli elementi fondamentali, i piani geometrici e gli assi di simmetria, generando forme che si avvolgono su loro stesse instabilmente, deviando dai canoni estetici tradizionali e torcendo fino al limite i materiali da costruzione. Ispirandosi al movimento russo del Costruttivismo, rifiuta la purezza delle forme della tradizione modernista9. È da questo movimento e dal desiderio di modernizzazione e superamento della tradizione che nascono le correnti contemporanee, fra le quali si può citare l’architettura parametrica, o quella che pochi anni fa venne definita “parametricismo” da Patrick Schumacher. Negli anni novanta infatti vedono la luce molti studi di avanguardia digitale che si avvalgono di tecniche di generazione ed ottimizzazione virtuali come dECOi di Marc Goulthorpe, il Gruppo NOX di Lars Spuybroek, Asymptote Architecture Studio di Hani Rashid e Lise Ann Couture, Objectile Group di Bernard Cache, UNStudio di Ben Van Berkel ed il gruppo FORM di Greg Lynn.

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Ferraris Maurizio; ‘Introduzione a Derrida’; Laterza, 2003

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Enciclopedia On-Line Treccani; www.treccani.it/enciclopedia/decostruttivismo

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Il Gruppo NOX, la cui ‘”mission” è quella di “liberare” l’architettura dai confini che essa stessa si è creata, progetta utilizzando le più recenti tecnologie informatiche, ma senza segregarle al ruolo di semplice utensile. Nella Son-o-House del 2000 a Breugel, una struttura generata parametricamente è affiancata da un sistema di computer e sensori che creano una sinfonia in tempo reale rispondendo ai movimenti dei visitatori rendendoli elementi architettonici fondamentali. Nel 2003 la progettazione della D-Tower, torre e scultura, porta al limite l’integrazione tra architettura, tecnologia ed informatica. L’installazione, composta da una membrana di vetro esterna e una serie di led all’interno, cambia colore a seconda delle risposte che i visitatori forniscono ad un questionario on line, mostrando l’emozione predominante tra i cittadini residenti e non. Il legame tra reale e virtuale è in questo caso fortissimo, ma pone anche il problema di come sia possibile mantenere sempre in funzione un tale sistema e come si debba affrontare la manutenzione di un progetto virtuale, dal momento che oggigiorno il sito internet non è più funzionante, poichè basato su tecnologie obsolete e non più supportate dai moderni browser.

Il progetto della Embryological House (1997-2001) di Greg Lynn è un perfetto esempio di come si stiano effettuando studi su un metodo efficace per conservare e mantenere in funzione un progetto completamente virtuale. Il Canadian Centre for Architecture detiene attualmente i modelli fisici ed i file che nel complesso compongono l’interezza del progetto, indirizzando gli sforzi alla conversione ed alla manutenzione di documenti digitali che contengono file 3d e disegni cad parametrici, prediligendo formati open-source che sono meno soggetti a diventare obsoleti e quindi inutilizzabili.10 Il progetto è completamente parametrico e proprio grazie alla caratteristica di mantenere integre le relazioni geometriche tra gli elementi, modificabili secondo vari parametri, ha sostituito il concetto di produzione di massa in serie con quello di “personalizzazione di massa”.

La casa, che presenta la tipica forma a “blob” usata da Lynn, è generata a partire da 12 punti di controllo, che possono essere spostati nello spazio a piacimento, entro certi limiti definiti, secondo un processo di 10 DOCAM (Documentation and Preservation of the Media Art Heritage); http://www.docam.ca/conservation/embryological-house/index.html

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Nox Group: D-Tower, Doetinchem NL, 2003; Homepage del progetto D-Tower: http://www.d-toren.nl/

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Greg Lynn: Embryological House, (1997-2001)

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morfogenesi computazionale; il loro spostamento determina migliaia di configurazioni possibili del blob, che viene di volta in volta discretizzato in più di tremila pannelli ottimizzati per la produzione tramite macchine a controllo numerico.11 dECOi Studio, fondato nel 1991 da Marc Goulthorpe, rappresenta un ulteriore punto di riferimento per l’architettura parametrica. L’approccio non convenzionale alla progettazione ed alla definizione delle forme architettoniche si può facilmente spiegare e comprendere analizzando il progetto per l’Hyposurface, un’installazione del 1999 realizzata per il Birmingham Hippodrome Theatre. Riprendendo le parole dello stesso Goulthorpe, il loro scopo non è nel trovare il design con un gesto artistico e deterministico, ma nel porre i limiti entro i quali la forma trova se stessa; questo processo è reso possibile creando dei campi di forza immaginari (virtuali) variabili a seconda dei visitatori, e lasciare che queste forze distorcano una superficie elastica, della quale viene creato un modello matematico per darle sostanza.

Si tratta di un processo che genera una “precisa indeterminazione”, dal momento che è guidato da una logica parametrica e matematica in cui vi è sia rigore sia “rilassamento”12.

UNStudio (United Network Studio), fondato nel 1988 da Ben Van Berkel e Caroline Bos, lavora ancora sul concetto di diagramma derivato dalla pratica di Eisenman. Essi, per liberare l’architettura dal pericolo di ricadere nelle tipologie già esistenti, utilizzano il diagramma, il 11 Canadian Centre for Architecture; http://www.cca.qc.ca/en/collection/6-greg-lynn-embryological-house

Marc Goulthorpe; “Hyposurface: from Autoplastic to Alloplastic Space”; dECOi Architects, Paris; Pubblicato su: http://www.generativeart.com/on/cic/99/2999.htm

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<< Our approach was not to design the form - not to define it determinately with a gestural flourish - but to set constraints by which the form could find itself. Initially we gave an imaginary force to the number of people within the theatres as a series of diffuse force fields which lifted or cushioned an elastic surface, and then we produced mathematical descriptions which gave substance to such elasticity. In effect we didn’t define the form as a figure in space, but left it as a movement hanging in space […] There’s an elegance to this besides the flowing form, a curious new aesthetic act: not to design an object, but to devise the possibility of an object: it’s not an architecture so much as the possibility of an architecture. For us it was like watching determinacy evaporate. But such model offers what we call a precise indeterminacy, which applies formally as well as processurally: there’s a rigour and a relaxation - it’s not an art of the accident! >>

42

cui impiego è strettamente legato all’introduzione di concetti esterni all’architettura convenzionale, in modo da guidare il processo di progettazione attraverso multiple dimensioni, oltre le tre dello spazio, come il tempo o l’azione o l’utilizzazione.13 A differenza di Eisenman, UNStudio ha un profondo legame con l’utilizzo del computer, che viene utilizzato per generare, esplorare e infine confrontare le varie possibilità offerte dai digrammi.

Altri esempi di artisti ed architetti che fanno uso di computer, algoritmi e processi parametrici sono ad esempio Marcus Lutyens e Tania Lopez Winkler, creatori di “Second Skin”, un progetto sperimentale che utilizza un algoritmo genetico per proiettare dei modelli architettonici tridimensionali all’interno di una realtà virtuale, estrapolando informazioni dal subconscio di soggetti volontari trattati con sedute di ipnosi. Degni di nota nell’ambito della sperimentazione architettonica generativa sono gli esperimenti di Marcus Novak, che crea in un cyberspazio dei non-luoghi digitali che, mutando continuamente forma, generano architetture e città “liquide”, senza forma, e che balzano dall’iperspazio al mondo tridimensionale, risultando sia in isosuperfici sia in nuvole di punti.14

12 Ben van Berkel, Caroline Bos; ‘MOVE’; 1998 << When form and content are superimposed in this way, a type emerges. This is the problem with an architecture that is based on a representational concept: it cannot escape existing typologies. In not proceeding from signs, an instrumentalising technique such as the diagram delays typological fixation. Concepts external to architecture are introduced rather than superimposed. Instances of specific interpretation, utilization, perception, construction and so on unfold and bring forth applications on various levels of abstraction. […] The insertion of the diagram into the work ultimately points to the role of time and action in the process of design. >> 14 Ippolito Alfonso; “Interazione tra Disegno e Architettura Digitale”; Dottorato di Ricerca in Rilievo e Rappresentazione dell’Architettura e dell’Ambiente, Università di Roma “La Sapienza”

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dECOi Studio: Hyposurface, Birmingham, 1999

44

UNStudio: Diagrammi

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Marcus Lutyens e Tania Lopez Winkler: “Second Skin”

46

Marcus Novak: “Liquid Architecture”

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1.7 ANNI 2000: PARAMETRICISMO Negli anni 2000 continua la ricerca in ambito informatico nei già citati studi avanguardisti, ed inizia a nascere un senso di appartenenza, fra molti di questi, ad uno stile del tutto differente e che va oltre al Decostruttivismo, al Postmodernismo ed al Minimalismo. Una firma tra queste, non ancora citata, è ZHA (Zaha Hadid Architects), uno dei più famosi studi di architettura avanguardista e parametrica. Tuttavia non fu la fondatrice della società a coniare il termine “Parametricismo”, bensì il suo noto collaboratore Patrick Schumacher durante la Smart Geometry Conference a Gothemburg del 2007. Nel 2010 egli pubblicò il saggio “The Autopoiesis of Architecture”, quello che egli suggerisce come manifesto del movimento parametricista e all’interno del quale sono definite le “leggi” che devono essere rispettate per potersi etichettare sotto quel nome.

Il Parametricismo è, secondo Schumacher, lo stile del nuovo millennio, sviluppato negli ultimi quindici anni, e che abbraccia l’architettura dall’Interior Design fino alla scala urbana, rispondendo alle domande della società con strumenti parametrici ma senza limitarsi alle nuove tecniche digitali introdotte (animazione, simulazione, strumenti di Form-Finding, modellazione parametrica e programmazione). <<Oltre ed al di sopra di ogni riconoscibilità estetica, è la larga diffusione e la forte consistenza delle ambizioni/problematiche progettuali condivise globalmente a giustificare l’enunciazione di un nuovo stile, nel senso di fenomeno epocale. Noi proponiamo di chiamare questo stile: Parametricismo.>>15. Con queste parole Schumacher propone il nuovo stile in chiave di “continua differenziazione”, “iterazione” e “personalizzazione di massa” definendone i taboos ed i dogmas, ossia le euristiche negative e positive. Le prime, suggeriscono 15 Trad.: <<Over and above aesthetic recognisability, is this wide-spread, long term consistency of shared design ambitions/problems, that justifies the enunciation of a style in the sense of an epchal phenomenon. We propose to call this style: Parametricism>> .

Patrick Shumacher, ‘The Autopoiesis of architecture. Vol 2’, 2012

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di evitare forme rigide e regolari, le giustapposizioni di elementi non correlati e le ripetizioni semplici; le euristiche positive al contrario incitano a considerare ogni forma come parametricamente malleabile, differenziare gradualmente e correlare sistematicamente gli elementi con complessitĂ ordinata.

Le proposte di Schumacher sono state accolte da molti ma anche fortemente criticate per la rigidezza formale delle euristiche, in contraddizione con il concetto di libertĂ dai canoni estetici e con il carattere avanguardistico e di ricerca del parametricismo.

49

50

2. [PARA]site La diffusione di Grasshopper e la nascita di programmi integrati di progettazione e simulazione hanno portato negli ultimi anni a sviluppare nuove strategie di design parametrico: il Performance-Based Design. Il disegno architettonico non risulta più fondato su parametri soggettivi che possono condurre a risultati attesi e formali, bensì i parametri che definiscono la forma architettonica diventano oggettivi, legati alla natura del contesto, ai fenomeni metereologici, ai venti o all’irraggiamento solare. Tale innovazione nella pratica progettuale è resa possibile dall’incredibile potenza di calcolo che ormai possiede ogni comune computer portatile rispetto ad un potente calcolatore di dieci o quindici anni fa. Si inizia quindi ad intravedere la possibilità di integrare sistematicamente, all’interno di algoritmi che generano forme architettoniche, una sequenza logica di simulazioni ambientali, strutturali ed energetiche, affiancate da algoritmi di ottimizzazione, che permettono, testando differenti configurazioni dei parametri geometrici, di scegliere la migliore soluzione in termini di prestazione energetica, di comfort ambientale o di prestazione strutturale già dalla fase iniziale del progetto. Ciò è reso possibile dalla velocità con cui queste simulazioni vengono eseguite, il cui tempo di esecuzione si attesta sull’ordine dei secondi o dei decimi di secondo, permettendo di valutare centinaia o migliaia di possibilità in poche ore. Indubbio vantaggio di tanta potenza di calcolo è la possibilità di basare i disegni preliminari ed il concept del progetto sulla base di questi dati oggettivi e sul risultato di complesse ed accurate simulazioni. In questa tesi viene affrontata appunto questa precisa fase di progetto, quella preliminare, effettuando una ricerca della forma architettonica, sulla quale eventualmente poter basare le fasi definitive ed esecutive.

51

52

Schemi dei quattro principali climi. Equatoriale, Arido, Temperato, Continentale.

53

rale in Architettura

TEMPERATO 30°-63° N 30°-50° S

2.1 CLASSIFICAZIONE-3°CCLIMATICA Precipitazione

Evaporazione

M, mesi freddi

10°C Lo studio preliminare delle caratteristiche relative alle categorie climatiche principali è di fondamentale importanza per valutare e confrontare i risultati dell’algoritmo. Al fine quindi di massimizzare le differenze tra i quattro output sono state scelte altrettante città situate all’interno di macro regioni climatiche differenti, definite dal sistema di classificazione climatico Köppen-Geiger: equatoriale, arida, temperata e continentale.

M, mesi caldi

La prima categoria è situata circa 20° a nord e a sud rispetto all’equatore, e non presenta significative variazioni dei parametri ambientali CONTINENTALE durante il corso dell’anno, così come solare è sempre 35°-60°l’inclinazione N vicina alla posizione perpendicolare rispetto al terreno. All’interno di questa fascia le precipitazioni e l’evaporazione media sono quasi -3°C equivalenti, risultando in una temperatura media sempre superiore ai 18°C ed un tasso di umidità relativa quasi mai inferiore al 50%. Il tasso delle precipitazioni è altissimo, 10°Cdando luogo a piogge quasi quotidiane, fattore che elimina le differenze stagionali.

Precipitazione

Evaporazione

M, mesi freddi

M, mesi caldi

Il clima arido, al contrario, presenta un’evaporazione media di molto superiore ai fenomeni di precipitazione, per questo motivo vasti territori sono molto aridi con ampissime escursioni termiche durante la giornata. Le differenze stagionali apprezzabili sono due durante il corso dell’anno, con temperature sopra gli 0°C nei mesi freddi e sopra i 18°C in quelli più caldi. È in questa categoria che si registra l’escursione termica maggiore, con temperature massime di 45-48 °C e temperature minime di pochi gradi sopra lo zero.

Il clima temperato risiede a latitudini comprese tra i 30° e i 60° circa.

Le temperature oscillano da minime di -3°C nei mesi freddi a minime di 10°C in quelli caldi e possono distinguersi tutte le quattro stagioni.

Il sole durante l’anno ha una variazione di inclinazione tale da produrre inverni relativamente freddi e piovosi alternati ad estati calde ed aride ma che raramente raggiungono e superano i 35-37°C. Ultima macro categoria presa in considerazione nello studio è quella 54

93405

100000

50000

42918

31162 18395 0

5120

2296 Aw

BWh

BWk

BSh

BSk

Csa

Classificazione superificie climi principali. Fonte: Yale University

CITTÃ&#x20AC; Reykjavik Berlino

Il Cairo

Manaus

55

Csb

Cwa

Cwb

Cfa

Cfb

continentale. Presenta un clima molto variabile tra inverno ed estate, con temperature sempre inferiori a -3°C nei mesi freddi e sempre superiori a 10°C nei mesi caldi. Presenta l’alternanza delle stagioni anche se primavera ed autunno sono molto brevi. In alcune di queste regioni il sole può anche arrivare ad essere sempre presente per sei mesi e scomparire totalmente per gli altri sei; nei mesi più caldi non presenta comunque un’inclinazione tale da riscaldare eccessivamente l’aria ed il terreno.

Le quattro città selezionate sono quindi: Reykjavik, Berlino, Il Cairo e Manaus. Analizzando i dati metereologici dettagliati di ognuna di queste appare chiara la differenza fra le rispettive fasce climatiche.

Al fine della simulazione, tuttavia, il parametro che più incide sulla definizione della forma architettonica è l’inclinazione dei raggi solari, che determina l’orientamento, l’angolo rispetto al terreno dei pannelli della struttura e l’assegnazione automatica delle aperture a questi ultimi. La temperatura, l’umidità, la velocità e la direzione del vento e la radiazione solare sono parametri utilizzati invece dalla simulazione energetica per definire gli scambi di calore ed i flussi della ventilazione naturale.

Tutti questi dati sono resi disponibili attraverso il portale online di Energy Plus, che fornisce un file .epw (Energy Plus Weather) che contiene il database dei dati meteo relativi ad ogni località significativa con un tempo di ritorno minimo di 30 anni e frequenza oraria.

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EQUATORIALE

TEMPERATO CONTINENTALE POLARE

ARIDO

Af

BWh

Csa

Dsa

ET

Am

BWk

Csb

Dsc

EF

Aw

BSh

Cwa

Dwa

BSk

Cwb

Dwb

Cfa

Dwc

Cfb

Dwd

Precipitazioni

Temperature

W S f s w m

h k a b c

Desertico Steppa Super Umido Estate Secca Inverno Secco Monsonico

Dfa Dfb Dfc Dfd

Classificazione Climi Kรถppen-Geiger

Km^2

300000

275927 250000

200000

192260

188784 164629

150000

140105

93405

100000

50000

42918

31162 18395 0

5120

2296 Aw

BWh

BWk

BSh

BSk

Csa

Csb

Cwa

Classificazione superificie climi principali. Fonte: Yale University

CITTร Reykjavik Berlino

Il Cairo

Manaus

57

Cwb

Cfa

Cfb

Caldo Arido Freddo Arido Estati Calde Estati Umide Estati Fredde

d Estremamente Continentale F Gelo Polare T Tundra Polare

CLIMA

Equatore

58

EQUATORIALE 0°-20° N 0°-20° S Latitudine

18°C

Precipitazione

Evaporazione

EQUATORIALE

ARIDO

TEMPERATO CONTINENTALE POLARE

Af

BWh

Csa

Dsa

ET

Am

BWk

Csb

Dsc

EF

Aw

BSh

Cwa

Dwa

BSk

Cwb

Dwb

59Precipitazioni W S f s w m

Desertico Steppa Super Umido Estate Secca Inverno Secco Monsonico

Temperature h k a b c

Caldo Arido Freddo Arido Estati Calde Estati Umide Estati Fredde

d Estremamente Continentale F Gelo Polare T Tundra Polare

60

2.2 CONCEPT Lo scopo della tesi è lo sviluppo di un algoritmo che valuti le prestazioni energetiche di un’abitazione soggetta a vari parametri ambientali, e la conseguente prestazione energetica; si è manifestata tuttavia la necessità di sviluppare una tipologia abitativa dalle dimensioni minime che non impattasse negativamente con l’ambiente, occupando suolo libero e prezioso, favorendo quindi l’espansione urbana sempre più frenetica e sempre meno sostenibile dalle infrastrutture cittadine e dagli abitanti. [PARA]site è stata quindi progettata per essere collocata all’interno di spazi inutilizzati già esistenti nelle città; i tetti piani dei condomini e dei palazzi più moderni ad esempio rappresentano un’importante superficie sfruttabile, che sembra sprecata per ospitare solamente gli impianti di condizionamento, di telecomunicazione o le canne fumarie. Lo spazio, in questo progetto, assume quindi lo stesso significato dell’energia in termini di risparmio, e di conseguenza anche i materiali costituenti l’unità sono ridotti ai minimi termini.

Il motivo principale della riduzione di materiale da costruzione è, oltre all’ovvio impatto energetico che ogni materiale porta con se in seguito alla produzione, la minimizzazione della massa complessiva della struttura. Questa ottimizzazione di materia è fondamentale quando si rende necessario collocare una struttura abitabile al di sopra di un solaio preesistente, dal momento che, solitamente, neppure i più moderni tetti sono progettati per sostenere grandi carichi, almeno nei climi più caldi, nei quali il peso dovuto all’accumulo della neve in eccesso non rappresenta un problema. Per assicurare il minor peso possibile quindi le simulazioni ambientali sono affiancate da una simulazione strutturale, che per ogni combinazione di forma e parametri valuta il peso e l’integrità strutturale, restituendo la massa per metro quadrato, che non deve superare i 130 Kg/m2, una soglia facilmente sopportabile dalla maggior parte dei solai.

In questo modo, la struttura e la forma architettonica, anche se probabilmente in maniera non del tutto valutabile a livello estetico, assumono una configurazione che risente della necessità di “collaborare” con l’edificio ospitante. Tuttavia la struttura non è solamente 61

“parassita” nei confronti del palazzo su cui viene installata; essa infatti, assicurando il minor consumo possibile di energia, può destinare gran parte dell’elettricità prodotta dai pannelli fotovoltaici installati sulla propria copertura al palazzo sottostante, collaborando con esso e contribuendo a ridurre fortemente i consumi e gli sprechi di energia. Si tratta quindi più di un rapporto “simbiontico” tra i due edifici, ognuno dei quali fornisce qualcosa all’altro in modo da migliorare le prestazioni generali del sistema.

Ulteriore aspetto, meno studiato in quest’ambito ma non meno importante, è l’impatto sociale che una piccola struttura come questa potrebbe avere sulla definizione di nuovi spazi, una volta semi privati (perché pertinenti alla comunità condominiale) che diventerebbero accessibili e fruibili da tutti, creando un vero e proprio “strato” urbano sopraelevato fruibile in modo totalmente diverso. Il vano scala e l’ascensore condominiale diventano elementi che generano uno spazio chiave per il funzionamento del sistema, che dovrebbe garantire libero l’accesso al tetto. Oggetto di future ricerche potrebbe riguardare proprio la definizione di questi spazi e lo studio aggregativo di numerose unità abitative, che formerebbero quartieri di Rooftop Houses, che in certi luoghi, per diversi motivi, sono già attuali. L’esempio più importante è rappresentato dalle comunità dei tetti di Hong Kong, delle vere e proprie favelas al di sopra dello skyline cittadino, che offrono riparo precario a migliaia di senzatetto e famiglie meno agiate. Queste comunità negli anni sono cresciute, hanno costruito le proprie infrastrutture (sebbene precarie) ed hanno formato densissimi aggregati abitativi.

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2.3 PROCESSO ED ALGORITMO Ognuna delle centinaia di milioni di versioni di [PARA]site generabili si tratta quindi di una possibile soluzione al problema precedentemente formulato. Tale problema è stato “tradotto” in linguaggio informatico grazie al software di visual scripting Grasshopper (abbreviato GH), che ha permesso la stesura di un algoritmo capace di generare molteplici forme architettoniche diverse ed uniche dopo aver ricevuto i dati metereologici (in formato .epw, con un tempo di ritorno minimo di 30 anni) ed eventualmente i dati tridimensionali relativi al contesto costruito.

Il processo ha inizio verificando che l’area assegnata per la costruzione sia almeno di 75 m2 prima di definire, in caso positivo, il dominio dei parametri, per assicurarsi che parti della casa non vengano poste sul vuoto. A questo punto dell’algoritmo risultano quindi definiti i primi parametri geometrici della casa, che corrispondono alla posizione nello spazio di due serie di dodici punti di controllo (12 inferiori e 12 superiori) e all’inclinazione dei pannelli della copertura, controllabili individualmente dal software, i quali, una volta collegati automaticamente l’uno con l’altro, determinano la prima configurazione dell’abitazione. Quindi, una prima simulazione dell’irraggiamento solare (con il plugin per GH Ladybug), calcolata sul guscio esterno della casa, assegna approssimativamente ad ogni superficie lo status o di “muro” o di “finestra”. A questo punto viene creato il modello analitico vero e proprio, poiché il software può fornire alle simulazioni più avanzate una serie di dati più precisi su ogni trave, pannello o finestra. Viene quindi eseguita una simulazione strutturale (utilizzando Karamba, un plugin per GH), che incide molto poco sul tempo di esecuzione dell’algoritmo, ed in contemporanea viene creato un secondo modello analitico ad hoc per la simulazione energetica Energy Plus (integrata nel plugin Honeybee). La simulazione strutturale utilizza i materiali del secondo modello per calcolare la massa totale dell’abitazione e procede parallelamente ai calcoli strutturali con i dati forniti dal primo modello analitico, più semplice ma comunque rigoroso, utilizzando i carichi dovuti alla forza di gravità ed alla pressione del 68

CITTÀ TETTO

DATI METEO Contesto

Profilo della copertura

Verifica dimensioni minime (75 m2)

Determinazione dei limiti

PARAMETRI Forma base dell’involucro

Definiti i parametri all’interno del range

Simulazione della radiazione solare incidente sull’involucro esterno

Definizione delle aperture basate sui valori di irraggiamento MODELLO ANALITICO Carichi del vento

Modello 3d

Simulazione Energetica

Energy Plus

Analisi Strutturale

Superficie Pannelli Fotovoltaici

Simulazione irraggiamento interni

Analisi di carico

Energia Elettrica Annuale Prodotta (KWh/m2)

Massa (Kg/m2) Spostamenti massimi (cm)

Posizionamento blocco servizi

OTTIMIZZAZIONE

SOLUZIONE OTTIMALE

Prestazione Energetica (KWh/m2)

File per Prototipazione

Massa (Kg/m2) Spostamenti massimi (cm)

69

vento. La simulazione energetica rappresenta invece la parte onerosa in termini di tempo di calcolo, e da sola produce circa il 90% dei calcoli che il programma deve eseguire. Essa assegna ad ogni superficie un materiale virtuale, che non viene simulato geometricamente, bensì è composto da una serie di proprietà fisiche (tra cui spessore, densità, calore specifico, trasmittanza, ecc.) che sono essenziali al programma per determinare gli scambi termici tra l’ambiente chiuso e l’esterno.

Nell’ambito di questa tesi la simulazione è stata impostata per calcolare i dati ambientali ed i carichi termici di un anno con frequenza oraria, utilizzando la media dei dati meteorologici disponibili. L’output fondamentale è quindi il flusso termico scambiato per conduzione, convezione ed irraggiamento tra interno ed esterno espresso in KWh/ m2; tale valore viene determinato sulla base di molti dati comportamentali inseriti dall’utente, che dovrebbero rispecchiare le abitudini dei possibili fruitori dell’abitazione: la quantità di abitanti (per definire i carichi termici sensibili e quelli derivanti da eventuali attività aerobiche), il pattern settimanale di presenza (una sorta di calendario della routine degli abitanti ora per ora), la temperatura dell’aria al di sotto della quale attivare il riscaldamento e quella al di sopra della quale attivare il raffrescamento, la quantità e la potenza degli elettrodomestici e degli apparecchi illuminanti che possono generare calore, e le abitudini rispetto alla ventilazione naturale (quanto frequentemente vengono aerati i locali). Quest’ultimo dato, riguardante la ventilazione, è risultato molto influente nella definizione delle soluzioni, in quanto le case con prestazione energetica migliore presentano sia aperture con la stessa angolazione rispetto al vento predominante sul sito, quindi nelle zone di massima pressione, sia nella zona di massima depressione, fatto che suggerisce l’intervento di un forte flusso di aria a mitigare le alte temperature interne. È doveroso specificare come la simulazione consideri l’aria sempre perfettamente miscelata, per ragioni di complessità e quindi durata dei calcoli.

L’ultimo passaggio effettuato dall’algoritmo è rappresentato dal calcolo del consumo elettrico di una pompa di calore, attivata quando la temperatura interna è al di fuori del range definito dal termostato.

La resa della pompa di calore, che ha un COP (coefficiente di prestazione) pari a 3,3 con una temperatura esterna di 10°C (con un KWh di energia elettrica consumata, la pompa sposta 3,3 KWh di energia 70

termica), viene corretta per ogni ora dell’anno a seconda della temperatura esterna, avvicinandosi al consumo di un sistema reale. La somma di questi valori viene sottratta all’energia elettrica (convertita da corrente continua a corrente alternata con coefficiente di 0,8) prodotta dai pannelli fotovoltaici posti sulla copertura in posizione ottimale rispetto al sole, il cui rendimento viene calcolato parallelamente al consumo della pompa di calore basandosi sui parametri ambientali forniti. Si ottiene così una delle tre variabili fondamentali che determinano la validità e la qualità di una configurazione rispetto ad un’altra, ossia l’eccesso di produzione annua di energia elettrica per ogni metro quadrato di pannelli fotovoltaici (in KWh/m2); questa è l’energia elettrica che l’abitazione può fornire all’edificio che la ospita, prodotta in eccesso rispetto al proprio fabbisogno. Le altre due variabili sono rappresentate dalla massa totale della struttura per metro quadrato (in Kg/m2) e la deformazione massima della struttura sollecitata (che non deve superare i 3cm).

71

N

REYKJAVIK Islanda

Höfuðborgarsvæðið W

W

E

S

N

N

REYKJAVIK

BERLINO

Islanda

Germania

Höfuðborgarsvæðið W

Berlin Bundesland W

E

S

E

S

Velocità del vento

Velocità del vento

Radiazione Solare del Totale Velocità vento

Temperatura del vento

Università degli Studi di Genova

Temperatura del vento

Radiazione Diffusa e Diretta Temperatura del vento

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

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N

N

REYKJAVIK

BERLINO

Islanda

Germania

Höfuðborgarsvæðið W

Berlin Bundesland W

E

E

S

W

S

N

N

BERLINO

IL CAIRO

Germania

Egitto

Berlin Bundesland W

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E

S

Velocità del vento

Radiazione Solare Totale Velocità del vento

E

W

S

Temperatura del vento

Velocità del vento

Radiazione Diffusa edel Diretta Temperatura vento

Radiazione Solaredel Totale Velocità vento

Università degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

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Temperatura del vento

Radiazione Diffusa e Diretta Temperatura del vento

N

N

BERLINO

IL CAIRO

Germania

Egitto

Berlin Bundesland W

E

Cairo E

W

S

W

S

N

N

IL CAIRO

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Egitto

Brasile

Cairo

Amazzonia

E

W

W

S

Velocità del vento

Radiazione Velocità Solare Totale del vento

E

S

Temperatura del vento

Velocità del vento

Radiazione Diffusa e Diretta Temperatura del vento

RadiazioneVelocità Solare Totale del vento

74

Temperatura del vento

Radiazione Diffusa e Diretta Temperatura del vento

N

N

IL CAIRO

MANAUS

Egitto

Brasile

Cairo E

W

Amazzonia W

S

E

S

N

MANAUS

Brasile

Amazzonia W

E

S

Velocità del vento

RadiazioneVelocità Solare Totale del vento

Temperatura del vento

Velocità del vento

Radiazione Diffusa e Diretta Temperatura del vento

Radiazione Solare Totale

Temperatura del vento

Radiazione Diffusa e Diretta

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

75

76

Algoritmo (Grasshopper)

77

78

Generazione punti base

Verifica area del tetto > 80 m2 Verifica intersezioni con limite tetto

Generazione area di lavoro

2 VERIFICA GEOMETRIA

Travi Giunti Vincoli

Generazione elementi analisi strutturale

Pannelli laterali Pavimento Copertura

Generazione superfici base

4 GENERAZIONE GEOMETRIA BASE

Parametri inclinazione copertura

Generazione nuvola di punti

PARAMETRI per la definizione della nuvola di punti

3 DEFINIZIONE FORMA PRINCIPALE

Profilo del Tetto

Limite altezza minima interna

Geometria del contesto (.osm)

Dati meteo (Energy Plus Weather .epw)

1 INPUT

79

Generazione dei modelli 2D e 3D per frese CNC e Laser Cutter

8.2 FILES PER LA FABBRICAZIONE DIGITALE

Posizionamento blocco servizi Posizionamento bagno Posizionamento ingresso

Suddivisione zone giorno e notte

7.3 SIMULAZIONE RADIAZIONE SOLARE INTERNA

Superficie pannelli fotovoltaici

Produzione annuale corrente AC

Simulazione rendimento impianto fotovoltaico

Calcolo della resa (COP) della pompa di calore

Calcolo della ventilazione naturale

Prestazione energetica annuale (KWh/m2)

Energy Plus

7.1 SIMULAZIONE ENERGETICA

Creazione modello 3D per la fabbricazione digitale

Pannelli laterali Finestre

Determinazione delle aperture Determinazione degli elementi per le simulazioni ambientali e strutturali

6 DEFINIZIONE MODELLO ANALITICO

LEGENDA Input Esterni Operazioni Geometriche Simulazioni Ottimizzazione Soluzioni

Spostamenti

Spostamenti

Spostamenti

Spostamenti

Massa Spostamenti Prestazione Energetica Area Area Pannelli Fotovoltaici

8.1 SOLUZIONI [Kg] [m] [KWh/m2] [m2]

Spostamenti massimi della struttura Massa Verifica reazioni dei vincoli Verifica tensioni nelle travi

Karamba

7.2 SIMULAZIONE STRUTTURALE

OTTIMIZZAZIONE

Simulazione irraggiamento solare sul guscio esterno Determinazione zone di luce ed ombra

5 SIMULAZIONE IRRAGGIAMENTO SOLARE

80

2.4 OTTIMIZZAZIONE Quanto descritto sopra è ciò che accade ogni volta che anche un solo parametro viene modificato dall’esterno (manualmente dall’utente o da un altro programma), forzando il software a ricalcolare totalmente l’algoritmo per aggiornare le variabili. Ogni ricalcolo impiega circa un minuto per giungere a termine, un tempo assolutamente non trascurabile considerando che solo i parametri geometrici sono settanta (le coordinate X, Y per ognuno dei 24 punti di controllo, la coordinata Z per i 12 punti di controllo superiori e 10 parametri di inclinazione dei pannelli di copertura), il che significa più di un’ora per modificare totalmente una configurazione, se fatto manualmente. È necessario quindi, al fine di valutare più combinazioni possibili, affidare l’algoritmo generativo ad un secondo algoritmo di ottimizzazione esterno, che possa gestire, memorizzare e catalogare ogni soluzione al variare dei parametri. Il compito è affidato ad un componente fondamentale di Grasshopper: Octopus, un software di problem solving basato su principi evoluzionistici. Quest’ultimo è in grado di “instaurare” una combinazione di parametri (chiamata gene) all’interno dell’algoritmo generativo, ed estrapolarne i risultati, che vengono posizionati all’interno di un piano cartesiano. Questo processo viene ripetuto migliaia di volte, modificando ogni volta tutti i parametri contemporaneamente e mettendo in relazione i risultati; ad ogni iterazione Octopus “sceglie” le soluzioni migliori, considerando con quali parametri le ha ottenute. Raggiunte le cento iterazioni, il software ha completato la “prima generazione”, grazie alla quale è già in grado di escludere gran parte dei valori dei parametri, sapendo che si trovano in un range che produrrebbe sicuramente risultati peggiori di quelli già ottenuti.

Quindi il software continua a generare combinazioni sempre migliori e più precise ed è l’utente che deve decidere quando il livello di ottimizzazione è soddisfacente. In questo caso all’algoritmo sono state concesse ventiquattro ore di calcolo per ogni città campione che corrispondono circa a 6000 soluzioni.

Al termine del calcolo l’utente deve scegliere fra le abitazioni che si avvicinano maggiormente all’obiettivo prefissato, le quali sono ordinate all’interno di un grafico tridimensionale, i cui assi coordinati rappresentano le tre variabili. All’origine degli assi cartesiani corrisponde 81

il punto di utopia, ossia quella soluzione che nel caso preso in esame, corrisponderebbe ad unâ&#x20AC;&#x2122;abitazione di massa nulla, che produce energia infinita e non ha deformazioni della struttura. Ă&#x2C6; necessario quindi scegliere il miglior compromesso tra le tre variabili, eventualmente prediligendone due e sacrificando un poâ&#x20AC;&#x2122; la terza.

82

Schema Ottimizzazione delle soluzioni.

83

Curve delle soluzioni migliori.

84

Curve Soluzioni Ottimali

120 Kwh/m2

0 Kwh/m2

-370 Kwh/m2

Valori Prestazione Energetica (KWh/m2)

Valori asse Z ottimizzazione

Grafico Variazione Parametri

85

Grafico Variazione Soluzioni

Generazione n°100

UniversitĂ degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

86

Esempi generati

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

87

2.5 VALUTAZIONE Il presente studio è sperimentale e risulta quindi difficile nell’ambito di una tesi di laurea definire anche un metodo rigoroso e totalmente oggettivo di valutazione per la forma architettonica, uno dei più grandi problemi che da millenni l’uomo si pone, poiché si tratta di una caratteristica con una forte connotazione soggettiva.

Per la valutazione dei risultati sono stati considerati i parametri ambientali e meteorologici immessi nell’algoritmo e, dopo aver assicurato la validità dei risultati delle varie analisi, la forma è stata analizzata concentrandosi sulla disposizione delle aperture in relazione al sole ed ai venti, l’esposizione di queste ultime ed i risultati delle analisi, confrontate con le strategie architettoniche del luogo di simulazione.

Le quattro soluzioni scelte presentano tutte una forma architettonica positivamente inaspettata. In tutte è possibile valutare già ad una prima analisi visiva che hanno assunto configurazioni geometriche diametralmente opposte, ciò che ci aspetterebbe da regioni climatiche con caratteristiche molto differenti; questo risultato è importante per dare una prima valutazione sul funzionamento dell’algoritmo.

La prima abitazione valutata nel dettaglio è stata quella collocata a Reykjavik, una città che presenta un clima continentale nevoso molto freddo ed in cui l’architettura locale è stata da sempre progettata per captare più radiazione solare possibile per sfruttare il guadagno in termini di calore che essa genera. La forma ottenuta, in questo caso, risulta perfettamente in linea con quanto detto sopra, poiché l’abitazione presenta la totalità della facciata rivolta a sud finestrata, con un’inclinazione che permette il massimo irraggiamento interno in ogni stagione. Si nota come ad est siano state generate due finestre, in corrispondenza del vento predominante più caldo che collabora a mantenere in equilibrio la temperatura interna.

Il caso di Berlino è ugualmente emblematico, poiché risiede al limite tra il clima continentale e quello temperato e presenta inverni freddi ed estati calde. La forma ottenuta qui è meno “estrema” ma risulta 88

più bilanciata per trovare il giusto compromesso tra il freddo invernale ed il caldo estivo, permettendo alla radiazione solare di penetrare all’interno dell’edificio nei mesi freddi e bloccando la maggior parte del sole in quelli caldi. A Berlino i dati meteo suggeriscono tre direzioni principali del vento: Est, Sud ed Ovest; è in corrispondenza quindi dei tre punti cardinali che si trovano le aperture, ed in particolare ad Est e ad Ovest si nota una corrispondenza quasi perfetta, fatto che suggerisce anche qui l’influenza della ventilazione naturale nella definizione della forma.

Importante fattore comune ad entrambe le generazioni è la totale assenza di aperture sul lato nord della struttura, fronte che in queste tipologie climatiche rimane sempre in ombra durante tutto l’anno e da cui provengono i venti più freddi.

Rispetto alle prime due, le soluzioni de Il Cairo e di Manaus hanno forme diametralmente opposte, così come lo è il clima in cui risiedono.

In entrambi i casi si è generata una forma che tende ad espandere il contorno della copertura ed a restringere la base della pianta, quasi a creare un porticato lungo tutto il perimetro. È interessante notare come appunto il portico perimetrale, anche su più livelli, sia una soluzione molto usata in queste zone per proteggere l’abitazione dal sole.

Le aperture sono presenti soprattutto a nord, lato in cui il sole arriva comunque a stento ed a sud sono ben riparate nelle ore più calde e colpite dal sole solo parzialmente durante le ultime ore del giorno.

La disposizione nord-sud delle finestre è anche in questo caso compatibile con la direzione dei venti, che contribuiscono ad un miglior comfort termico, probabilmente abbassando per convezione la temperatura media radiante delle pareti, uno dei fattori più importanti per il benessere all’interno dell’edificio.

89

SOLUZIONI OTTIMIZZAZ Spostamenti

REYKJAVIK

KWh/m2

Kg/m2

Spostamenti

90

SOLUZIONI OTTIMIZZ Spostamenti

REYKJAVIK Spostamenti

N

N

KWh/m2

Kg/m2

Spostamenti

N

50 KWh/m2 +200 Kwh/m

2

1800 KWh/m2 50 KWh/m2 +200 Kwh/m

2

Risultati Simulazione Radiazione Solare

Università degli Studi di Genova

Università degli Studi di Genova

1800 KWh/m2

Risultati Simulazione Radiazione Solare

91

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

VALUTAZIONE REYKJAVIK

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Fr Va

Assonometria; Frequenza e direzione del vento.

92

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Frequenza, temperatura del vento e inclinaz Valutazione ventilazione naturale

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Prospetto EST

Prospetto EST Prospetto EST

Prospetto OVEST

Prospetto OVEST Prospetto OVEST

12:00 12:00

12:00

19:35

7:08 Prospetto

7:08

19:10

SUD

19:10

6:51Prospetto

SUD

Prospetto SUD

Prospetto NORD

Prospetto NORD Prospetto NORD

93

LEGENDA GENNAIO-DICEMBRE MARZO-SETTEMBRE GIUGNO-LUGLIO APERTURE

UniversitĂ degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

OTTIMIZZAZIONE BERLINO

Kg/m2

Spostamenti

94

/m2 +200 Kwh/m

SOLUZIONI OTTIMIZZ Spostamenti

REYKJAVIK Spostamenti

N

N

N

KWh/m2

Kg/m2

Spostamenti

N

2

1800 KWh/m2 50 KWh/m2 +200 Kwh/m

ti Simulazione Radiazione Solare

sitĂ degli Studi di Genova

Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura -2016

2

1800 KWh/m2

Risultati Simulazione Radiazione Solare UniversitĂ degli Studi di Genova

95

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

BERLINO

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Assonometria; Frequenza e direzione del vento.

96

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Prospetto EST Prospetto EST

Prospetto OVEST Prospetto OVEST

12:00

12:00

12:00

7:08

19:10

6:51

7:08 Prospetto SUD

19:10

6:51

Prospetto SUD

Prospetto NORD Prospetto NORD

97

LEGENDA GENNAIO-DICEMBRE MARZO-SETTEMBRE LEGENDA GIUGNO-LUGLIO GENNAIO-DICEMBRE APERTURE MARZO-SETTEMBRE GIUGNO-LUGLIO APERTURE Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

IL CAIRO

98

SOLUZIONI OTTIMIZZ Spostamenti

REYKJAVIK

N

N

Kg/m2 KWh/m2

N

Spostamenti

N

50 KWh/m2 +200 Kwh/m

2

1800 KWh/m2

Risultati Simulazione Radiazione Solare UniversitĂ degli Studi di Genova

99

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

Relatore: Prof. Arch. Christiano L Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Candidato: Mario D

VALUTAZIONE IL CAIRO

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Fr Va

Assonometria; Frequenza e direzione del vento.

100

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Frequenza, temperatura del vento e inclinaz Valutazione ventilazione naturale

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Prospetto EST

Prospetto EST Prospetto EST

Prospetto OVEST

Prospetto OVEST Prospetto OVEST

12:00

12:00

12:00

17:55

7:08 Prospetto

5:44

19:10

SUD

17:58

6:51Prospetto

SUD

Prospetto SUD

Prospetto NORD

Prospetto NORD Prospetto NORD

101

LEGENDA GENNAIO-DICEMBRE MARZO-SETTEMBRE GIUGNO-LUGLIO APERTURE

UniversitĂ degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

MANAUS

102

SOLUZIONI OTTIMIZZ Spostamenti

REYKJAVIK

N

Kg/m2 KWh/m2

N

Spostamenti

N

50 KWh/m2 +200 Kwh/m

2

1800 KWh/m2

Risultati Simulazione Radiazione Solare UniversitĂ degli Studi di Genova

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti

Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia 103 Candidato: Mario Di Sibio

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

MANAUS

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Assonometria; Frequenza e direzione del vento.

104

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Prospetto EST Prospetto EST

Prospetto OVEST Prospetto OVEST

12:00

12:00

12:00

5:44

5:51

17:58

7:08 Prospetto SUD

19:10

6:51

Prospetto SUD

Prospetto NORD Prospetto NORD

105

LEGENDA GENNAIO-DICEMBRE MARZO-SETTEMBRE LEGENDA GIUGNO-LUGLIO GENNAIO-DICEMBRE APERTURE MARZO-SETTEMBRE GIUGNO-LUGLIO APERTURE Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

3. CONCLUSIONI In conclusione, si può affermare che, limitatamente alla fase progettuale preliminare, è ormai possibile fare affidamento su simulazioni, anche se approssimative, per trovare la miglior disposizione spaziale di un edificio od un’abitazione. Ovviamente, questa fase non deve essere considerata come uno studio approfondito ed accurato delle prestazioni attese dall’edificio, bensì uno spunto per ottimizzare generalmente le prestazioni di un ambiente, quando lo scopo progettuale è quello di massimizzare il risparmio energetico. Ciò che si evince dalla breve ricerca teorica nell’ambito dell’architettura parametrica è che questa pratica non deve per forza dettare uno “stile” architettonico, definito e preciso. La definizione del linguaggio formale rimane comunque compito dell’architetto, che non deve farsi sopraffare dal software, ma valutare autonomamente con un processo creativo la miglior strategia per generare architetture coerenti od in contrasto con il contesto circostante.

Un ulteriore spunto di riflessione è dato dal processo creativo per determinare il miglior algoritmo per far fronte ad un dato problema. Si tratta infatti di creare, di volta in volta, una nuova sequenza di istruzioni logiche, ben ragionate e valutate, escludendo totalmente la possibilità di scrivere codici o algoritmi in grado di fornire soluzioni a differenti e molteplici problemi, esattamente come avviene per un progetto convenzionale. È inoltre assolutamente necessario considerare che questo tipo di progettazione parametrica non ha lo scopo di velocizzare la fase di progettazione preliminare ed esecutiva, affidandola completamente ed automaticamente al software, proprio perché è l’utente stesso che programmando il computer ed il codice, commette errori che spesso causano crolli delle prestazioni, errori geometrici o incoerenze, obbligando l’architetto a ripensare completamente le sequenze logiche e la gestione dei dati. L’algoritmo creato per questa tesi infatti, benché una volta ultimato ha fornito velocemente le soluzioni, ha richiesto circa tre mesi per essere scritto, depurato dagli errori e dai colli di bottiglia e messo a punto per risultare più performante. L’utilizzo o meno di questa tecnologia dipende 106

quindi dagli obiettivi del progetto, che possono essere molteplici e possono richiedere ognuno un approccio differente. Non a caso oggigiorno si assiste spesso a progetti convenzionali che presentano solo dettagli o elementi generati parametricamente, ma non vi sono ancora esempi di architetture totalmente generate con algoritmi, anche se sono attivi molti programmi di ricerca in questo senso.

Ciò che è sicuro, è che la potenza di calcolo, ma soprattutto lâ&#x20AC;&#x2122;ottimizzazione dei software (che spesso non sono in grado di utilizzare tutta la potenza messa a loro disposizione, e GH fa parte di questi al momento) sono destinate ad aumentare esponenzialmente, aprendo nuove strade alla progettazione performance-based.

107

REYKJAVIK

REYKJAVIK

Sezione AA’

1m

A

B

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

B’

108

A

B

B’

KWh/m2

>1000

+200

Pianta

A’

<50

Area

Massa

Spostamenti Struttura

Prestazione Energetica

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

<0

69.98 m2

6234 Kg 89.09 Kg/m2

Spostamenti

0.021 m

-195.14 KWh/m2

Spostamenti

Università degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

N 1m

Analisi Radiazione Solare Interna

109

Superficie Pannelli Solari >

94.77 m2

Area

Sezione AA’

110

1m

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

Prospetto EST

1m

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

111

BERLINO

BERLINO

Sezione AA’

1m

A

B

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

B’

112

A

B

B’

KWh/m2

>1000

Pianta

A’

Analisi Radiazione Solare Interna

N 1m

+200 <50

Area

Massa

Spostamenti Struttura

Prestazione Energetica

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

<0

64.33 m2

6434 Kg 100.02 Kg/m2

Spostamenti

0.023 m

-205.62 KWh/m2

Spostamenti

Università degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

113

Superficie Pannelli Solari >

116.54 m2

Area

Sezione AA’

114

1m

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

Prospetto EST

1m

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

115

IL CAIRO

IL CAIRO

Sezione AA’

1m

A

Sezione BB’

B

1m

B’

116 Prospetto EST

1m

A

B

B’

KWh/m2

>1000

N

Pianta

A’

1m

Analisi Radiazione Solare Interna

+200 <50

Area

Massa

Spostamenti Struttura

Prestazione Energetica

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

<0

71.94 m2

9343 Kg 129.87 Kg/m2

Spostamenti

0.022 m

-291.56 KWh/m2

Spostamenti

Università degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

117

Superficie Pannelli Solari >

101.39 m2

Area

Sezione AA’

1m

Sezione BB’

1m

B’

Prospetto EST

Prospetto SUD

118

1m

1m

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

119

MANAUS

MANAUS

Sezione AA’

1m

A

B

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

B’

120

A

B

B’

KWh/m2

>1000

N

Pianta

A’

1m

Analisi Radiazione Solare Interna

+200 <50

Area

Massa

Spostamenti Struttura

Prestazione Energetica

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

<0

66.39 m2

8596 Kg 129.47 Kg/m2

Spostamenti

0.016 m

-212.32 KWh/m2

Spostamenti

Università degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

121

Superficie Pannelli Solari >

117.29 m2

Area

Sezione AA’

1m

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

Prospetto EST

1m

B’

122

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

123

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI STRUTTURALE MATERIALI

per la definizione della massa [Kg]

Pannello in Legno Spessore 25 mm Densità 784 Kg/m3 Conduttività 0.16 W/m*K

Isolante Spessore 150 mm Densità 198 Kg/m3 Conduttività 0.049 W/m*K

Pannello in Legno Spessore 15 mm Densità 784 Kg/m3 Conduttività 0.16 W/m*K

Carico 1:

Trave in Legno Diametro Densità E G

150 mm 750 Kg/m3 1050 KN/cm2 360 KN/cm2

Carico 1: -2-08

Vincoli

Carico 1: -40

CARICO TOTALE

124

-30

E MATERIALI

CARICO 1 Peso Proprio

per la definizione della massa [Kg]

CARICO 2 Azione del Vento

Pannello in Legno Spessore 25 mm Densità 784 Kg/m3 Conduttività 0.16 W/m*K

Isolante Spessore 150 mm Densità 198 Kg/m3 Conduttività 0.049 W/m*K

Pannello in Legno Spessore 15 mm Densità 784 Kg/m3 Conduttività 0.16 W/m*K

Carico 1: Forza di Gravità

Carico 2: Pressione del vento predominante

Trave in Legno Diametro Densità E G

150 mm 750 Kg/m3 1050 KN/cm2 360 KN/cm2

Carico 1: Deformazioni x100 -2-08

Carico 2: Deformazioni x100

1.12-01

2.00 cm

Vincoli

Carico 1: %Utilizzo Travi -40

-30

-20

-10

0

Carico 2: % Utilizzo Travi 10

20

30

40 %

125

CARICO 1 Peso Proprio

tĂ

CARICO 2 Azione del Vento

Carico 2: Pressione del vento predominante

x100

Carico 2: Deformazioni x100 2.00

01

cm

Carico 2: % Utilizzo Travi

vi 10

20

30

40 %

126

Carico 1: %Utilizzo -40

-30

-20

-10

CARICO TOTALE

8

9

7

10

12

11 6

5 1

Carico totale: Defor -2-08

3 4

2

Carico totale: Reazioni Vincolari - Risultante

KN

X

Y

Z

1

-210.692

36.653

207.496

2

-318.225

245.481

413.304

3

-160.623

221.835

573.576

4

-87.458

181.756

-20.264

5

-336.390

64.814

719.591

6

-117.387

837.328

170.674

7

-1080.701

356.542

538.429

8

-344.223

-370.655

596.801

9

-195.531

-653.779

517.547

10

-562.757

-513.604

1044.521

11

-406.724

330.329

1170.682

12

-37.762

-1031.143

-734.166

Carico Totale: %Ut -64

Carico totale: Reazioni Vincolari UniversitĂ degli Studi di Genova

Scuola Politecnica | Laurea Magistrale in Architettura aa. 2015-2016

127

-48

-32

-16

Carico 2: % Utilizzo Travi

Carico 1: %Utilizzo Travi -40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40 %

6

Carico totale: Deformazioni x100 -2-08

2.50

1.16-01

cm

Carico Totale: %Utilizzo Travi -64

-48

-32

-16

0

16

32

48

64 %

128

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

129

MODELLO

130

131

132

133

BIBLIOGRAFIA LIBRI Bucci Federico, Mulazzani Marco; “Luigi Moretti. Opere e Scritti”; Mondadori Electa (2000).

Burry Mark; “Sagrada Familia (Architecture in Detail) ”; Phaidon Press (1992).

Chilton John; “Heinz Isler. Engineer’s Contribution to Architecture”; Thomas Telford Ltd. (2000).

Eisenman Peter; “Diagram Diaries”; Thames and Hudson, London (1999).

Fuller Richard Buckminster; “Grunch Of Giants”; St. Martin’s Press (1983).

Otto Frei; “Finding Form: Towards an Arxhitecture of the Minimal”; Axel Menges Edition (1996).

Schumacher Patrick; “The Autopoiesis of Architecture: A New Framework for Architecture, Vol.1”; John Wiley & Sons (2011).

Schumacher Patrick; “The Autopoiesis of Architecture: A New Agenda for Architecture, Vol.2”; John Wiley & Sons (2012).

Tedeschi Arturo; “Parametric Architecture with Grasshopper”; Le Penseur (2011) Van Berkel Ben, Bos Caroline; “MOVE”; UNStudio (1998).

Wever Peter; “Inside Le Corbusier’s Philips Pavilion”; Nai010 Publishers (2015).

Woodbury Robert; “Elements of Parametric Design”; Routledge (2010).

134

PUBBLICAZIONI Behrang Chenari; “Towards Sustainable, Energy-Efficient and Healty Ventilation Strategies in Buildings. A Review”; University of Coimbra,Department of Mechanical Engineering, 2015.

Chalabee Hawre; “Performance-Based Architectural Design: Optimisation of Building Opening Generation using Generative Algorithms”; University of Sheffield, Sustainable Architecture Studies.

Corcuff Marie-Pascale; ‘’Forms, Shapes, Diagrams, and Generative Processes’’; GA2010 XIII Generative Art Conference, Politecnico di Milano University, Italy.

D’Aquilio Antonio; “Integrating Natural Ventiltion within an Optimization Process of Energy Performance in the Early Design Stage”; MSc Thesis, TU Delft, Faculty of Architecture.

Ippolito Alfonso; “Interazione tra Disegno e Architettura Digitale”; Dottorato di Ricerca in Rilievo e Rappresentazione dell’Architettura e dell’Ambiente, Università di Roma “La Sapienza” Pugnale Alberto; “Engineering Architecture: come il virtuale si fa reale”; Estratto dalla rivista “Bloom”, n.14, anno 2012.

135

SITOGRAFIA Arturo Tedeschi; Blog: http://www.arturotedeschi.com/ Daniel Davis; Blog: http://www.danieldavis.com/a-history-of-parametric/ DOCAM (Documentation and Preservation of the Media Art Heritage);http://www.docam.ca/conservation/embryologicalhouse/index.html D-Tower; www.d-toren.nl Hyposurface; http://www.generativeart.com/on/cic/99/2999.htm

136

137

RINGRAZIAMENTI Ringrazio i Professori Christiano Lepratti e Gian Michele Gancia, senza il cui aiuto questa tesi non sarebbe stata possibile.

Ringrazio inoltre tutta la mia famiglia per il supporto che mi ha dato in questi anni, ed allo stesso modo, ma non ultimi, ringrazio Elisa, Gianmaria, Giulia, Lavve, Frensis, Pigi, Danni, Salvo e Chiara, i cui consigli sono stati determinanti.

138

[PARA]site ANTONI GAUDÌ Gaudì è considerato uno dei primi architetti che si avvale di tecniche di progettazione parametriche. Egli sviluppa un metodo basato sullo studio empirico e matematico delle catenarie in modo da verificare la stabilità statica e la composizione delle sue opere, come dimostra la cappella della Colonia Guell. Il metodo preannuncia una delle caratteristiche dei moderni sistemi di progettazione parametrica: la PROPAGAZIONE DELLE MODIFICHE.

LUIGI MORETTI E SERGIO MUSMECI Il movimento moderno non è in grado di INTERPRETARE LA COMPLESSITÀ del mondo, rendendo inadeguata la risposta architettonica ai problemi. La colpa è del formalismo e la risposta risiede nel governare la FORMA con un adeguato PROCESSO che metta in RELAZIONE vari PARAMETRI quantizzabili.

1890 1900

1930

La FORMA diventa l’INCOGNITA del PROCESSO

BUCKMINSTER FULLER Fuller elabora la CUPOLA GEODETICA, una struttura innovativa che aumenta proporzionalmente la propria resistenza all’aumentare della dimensione. Essa rappresenta inoltre la struttura con il miglior rapporto peso-volume racchiuso. La scalabilità strutturale della cupola ne permette l’utilizzo in ogni ambito senza la necessità di riprogettare la struttura, ma solamente variando i “PARAMETRI” delle dimensioni.

1940 FREI OTTO Frei Otto ha rivoluzionato gli studi sulle superfici minime e sulle tensostrutture così come Gaudì rivoluzionò lo studio delle catenarie. Otto si avvalse di numerosi esperimenti matematici ed empirici, fra i quali i famosi studi con le bolle di sapone, per comprendere gli stati di minor sforzo delle superfici tese. Anche nel suo caso la forma è unicamente risultato del processo e dei vincoli imposti ed i suoi sistemi rispondono alla legge newtoniana di azione-reazione.

1950 LE CORBUSIER E IANNIS XENAKIS

1957: L. MORETTI FONDA L’IRMOU

1958 PETER EISENMAN Peter Eisenman sostiene che il processo è più importante della forma. Nonostante egli durante la propria carriera non faccia affidamento a strumenti digitali, utilizza il DIAGRAMMA come generatore delle forme, facendone il fulcro del progetto, per “liberare l’architettura dalla forma”.

Le Corbusier e l’ingegnere compositore Iannis Xenakis sperimentarono nel 1958, in occasione dell’esposizione universale di Bruxelles, un’architettura che oggi potrebbe definirsi parametrica. Il Padiglione Philips, dalle forme decisamente inusuali per l’epoca, nasce da un processo di parametrizzazione della compisizione musicale e visuale che veniva eseguita all’interno. La forma è dettata esclusivamente dalla diffusione della musica nello spazio e da come deve essere percepita dai visitatori.

1960 1963: INVENTATO IL PRIMO CALCOLATORE ASSOCIATIVO CHIAMATO SKETCHPAD

1980 1981: IBM LANCIA IL PRIMO PERSONAL COMPUTER: L’IBM 5150

BEN VAN BERKEL Nel 1994 Van Berkel pubblica il proprio libro “Mobile Forces” nel quale riassume la propria visione dell’architettura. La rivoluzione informatica e digitale del XXI secolo implica la reinvenzione dei paradigmi e dei processi creativi dell’architettura esattamente come è successo in seguito alla rivoluzione industriale. Van Berkel, come Eisenman, utilizza il diagramma per comporre le forme architettoniche, ma attraverso l’ultilizzo di computer e strumenti digitali.

1990

1988: LANCIO DEL PRIMO SOFTWARE DI PROGETTAZIONE PARAMETRICA Pro/ENGINEER Molti architetti sperimentano la potenza della programmazione nel processo di progettazione fra i quali Frank Gehry e Ben Van Berkel.

Gehry nel 1992 ultilizzò il software parametrico CATIA per progettare le superfici freeform dell’Olimpic Fish di Barcellona e continuò ad utilizzarlo fino alla realizzazione del proprio software Digital Projects.

1990’S: WINDOWS E MACINTOSH RENDONO IL COMPUTER FACILE DA USARE PER TUTTI GRAZIE ALL’INTERFACCIA GRAFICA

GREG LYNN Ex dipendente di UNStudio di Van Berkel, Greg Lynn nel 1997 ridefinisce il concetto di PERSONALIZZAZIONE DI MASSA con il progetto interamente virtuale “Embriological House”, un’unità abitativa progettata interamente con algoritmi che permettono la completa personalizzazione degli ambienti tramite il web. Si tratta di un’evoluzione del concetto del XX secolo di PRODUZIONE DI MASSA IN SERIE, resa possibile dall’avvento delle macchine a controllo numerico (CNC) che permettono la fabbricazione veloce di componenti personalizzati ed unici.

2000

2003: RILASCIATO IL PRIMO SOFTWARE DI VISUAL SCRIPTING “GENERATIVE COMPONENTS” Permette anche a coloro che non conoscono i linguaggi di programmazione di lavorare con algoritmi associativi parametrici.

Nel 2007 esce “EXPLICT HISTORY”, prima versione dell’ attuale “GRASSHOPPER”.

L’enorme vantaggio è la PROPAGAZIONE DELLE MODIFICHE, stessa tecnica di Otto e Gaudì, ma immediatamente verificabile virtualmente attraverso il computer.

ZAHA HADID E PATRICK SCHUMACHER “PARAMETRICISMO” è un termine coniato da Patrick Schumacher nel 2008 all’interno della sua opera “The AUTOPOIESIS of Architecture”. Egli propone di riconoscere come stile vero e proprio l’architettura parametrica e ne traccia i caratteri basilari. Partendo dal PROCESSO come atto creativo dell’architetto moderno arriva alla definizione di una MORFOLOGIA DI CONTINUI MUTAMENTI, facendo del “Parametricismo” uno stile neutro nelle forme, in quanto non possono esistere regole generali ma solamente suggerimenti.

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2010

PERFORMANCE-BASED DESIGN Nel 2010 compaiono i primi “Agent-Based Simulators” o “Evolutionary Solvers” come Galapagos per Grasshopper. Tramite questi software è possibile ottimizzare la soluzione di un algoritmo.

Le simulazioni non fanno più parte del processo di valutazione a posteriori del progetto ma entrano a far parte delle prime fasi del design, ispirandolo e determinando importanti cambiamenti nell’approccio alla progettazione basata sulla performance.

Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

CLIMA

Equatore

EQUATORIALE

EQUATORIALE

0°-20° N 0°-20° S Latitudine

Precipitazione

Evaporazione

TEMPERATO CONTINENTALE POLARE

ARIDO

Af

BWh

Csa

Dsa

ET

Am

BWk

Csb

Dsc

EF

Aw

BSh

Cwa

Dwa

BSk

Cwb

Dwb

Cfa

Dwc

Cfb

Dwd

18°C M, mesi freddi

Precipitazioni

Temperature

W S f s w m

h k a b c

Desertico Steppa Super Umido Estate Secca Inverno Secco Monsonico

Caldo Arido Freddo Arido Estati Calde Estati Umide Estati Fredde

d Estremamente Continentale F Gelo Polare T Tundra Polare

Dfa

18°C

Dfb Dfc

M, mesi caldi

Dfd

Classificazione Climi Köppen-Geiger Ciclo delle stagioni

ARIDO Km^2

20°-35° N 20°-30° S

300000 Precipitazione

275927

Evaporazione

0°C

250000

M, mesi freddi

18°C

200000

M, mesi caldi

192260

188784 164629

150000

140105

93405

100000

50000

TEMPERATO

42918

31162 18395

30°-63° N 30°-50° S Precipitazione

Evaporazione

0

5120

2296 Aw

BWh

BWk

BSh

BSk

Csa

Csb

Cwa

Cwb

Cfa

Cfb

Classificazione superificie climi principali. Fonte: Yale University

-3°C M, mesi freddi

10°C M, mesi caldi

CITTÀ CONTINENTALE 35°-60° N

Reykjavik Precipitazione

Evaporazione

Berlino

-3°C M, mesi freddi

Il Cairo

10°C M, mesi caldi

Manaus

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Relatore: Prof. Arch. Christiano Lepratti Correlatore: Prof. Ing. Gian Michele Gancia Candidato: Mario Di Sibio

CONCEPT

COLLOCAZIONE

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ENERGIA

STRUTTURA

FUNZIONI

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DATI CLIMATICI

N

N

REYKJAVIK

BERLINO

Islanda

S

Velocità del vento

Radiazione Solare Totale

Università degli Studi di Genova

E

Temperatura del vento

Radiazione Diffusa e Diretta

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Velocità del vento

Radiazione Solare Totale

E

Radiazione Diffusa e Diretta

Velocità del vento

Radiazione Solare Totale

Amazzonia W

S

Temperatura del vento

Brasile

Cairo W

S

MANAUS

Egitto

Berlin Bundesland W

E

N

IL CAIRO

Germania

Höfuðborgarsvæðið W

N

E

S

Temperatura del vento

Radiazione Diffusa e Diretta

Velocità del vento

Radiazione Solare Totale

Temperatura del vento

Radiazione Diffusa e Diretta

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PROCESSO

1 INPUT Dati meteo (Energy Plus Weather .epw) Geometria del contesto (.osm) Limite altezza minima interna Profilo del Tetto

2 VERIFICA GEOMETRIA Generazione area di lavoro

Verifica area del tetto > 80 m2 Verifica intersezioni con limite tetto

Generazione punti base

3 DEFINIZIONE FORMA PRINCIPALE PARAMETRI per la definizione della nuvola di punti

Generazione nuvola di punti

Parametri inclinazione copertura

4 GENERAZIONE GEOMETRIA BASE Generazione superfici base Pannelli laterali Pavimento Copertura

Generazione elementi analisi strutturale Travi Giunti Vincoli

5 SIMULAZIONE IRRAGGIAMENTO SOLARE 6 DEFINIZIONE MODELLO ANALITICO Determinazione delle aperture Determinazione degli elementi per le simulazioni ambientali e strutturali

Simulazione irraggiamento solare sul guscio esterno Determinazione zone di luce ed ombra

Pannelli laterali Finestre

Creazione modello 3D per la fabbricazione digitale

OTTIMIZZAZIONE

7.1 SIMULAZIONE ENERGETICA Energy Plus Energia generata in un anno (KWh/m2) Calcolo ventilazione naturale Calcolo COP pompa di calore

7.2 SIMULAZIONE STRUTTURALE Karamba Spostamenti massimi della struttura Massa Verifica reazioni dei vincoli Verifica tensioni nelle travi

Simulazione rendimento impianto fotovoltaico Produzione annuale corrente AC Superficie pannelli fotovoltaici

7.3 SIMULAZIONE RADIAZIONE SOLARE INTERNA Suddivisione zone giorno e notte Posizionamento blocco servizi Posizionamento bagno Posizionamento ingresso

8.1 SOLUZIONI Massa Spostamenti Energia Generata Area Area Pannelli Fotovoltaici

[Kg] [m] [KWh/m2] [m2] [m2]

Spostamenti

8.2 FILES PER LA FABBRICAZIONE DIGITALE

Spostamenti

Generazione dei modelli 2D e 3D per frese CNC e Laser Cutter

Spostamenti

LEGENDA Input Esterni Operazioni Geometriche Simulazioni Ottimizzazione Soluzioni

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Spostamenti

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Prestazione Energetica (KWh/m2)

OTTIMIZZAZIONE

Curve Soluzioni Ottimali

120 Kwh/m2

0 Kwh/m2

2

)

K a(

s

s Ma

g/m

Sp

os

tam

en

ti (

m)

-370 Kwh/m2

Valori Energia Generata (KWh/m ) 2

Bacino Soluzioni

Grafico Variazione Parametri

Grafico Variazione Soluzioni

Generazione n°100

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SOLUZIONI OTTIMIZZAZIONE BERLINO

IL CAIRO

MANAUS

N

N

N

Spostamenti

REYKJAVIK

KWh/m2

Kg/m2

Spostamenti

N

50 KWh/m2 +200 Kwh/m

2

1800 KWh/m2

Risultati Simulazione Radiazione Solare Università degli Studi di Genova

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VALUTAZIONE REYKJAVIK

BERLINO

Frequenza del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Frequenza del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Prospetto EST

Prospetto EST

Prospetto OVEST

Prospetto OVEST

12:00

12:00

19:35

7:08

19:10

Prospetto SUD

Prospetto SUD

Prospetto NORD

Prospetto NORD

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6:51

LEGENDA GENNAIO-DICEMBRE MARZO-SETTEMBRE GIUGNO-LUGLIO APERTURE

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VALUTAZIONE IL CAIRO

MANAUS

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Frequenza, temperatura del vento e inclinazione del sole in relazione alle aperture Valutazione ventilazione naturale

Prospetto EST

Prospetto EST

Prospetto OVEST

Prospetto OVEST

12:00

12:00

17:55

5:44

17:58

Prospetto SUD

Prospetto SUD

Prospetto NORD

Prospetto NORD

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5:51

LEGENDA GENNAIO-DICEMBRE MARZO-SETTEMBRE GIUGNO-LUGLIO APERTURE

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REYKJAVIK

Sezione AA’

1m

A

B

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

Prospetto EST

1m

B’

KWh/m2

>1000

+200

Pianta

A’

<50

Massa

Spostamenti Struttura

Energia Generata

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

>0

6234 Kg 89.09 Kg/m2

1m

Analisi Radiazione Solare Interna

Area

69.98 m2

N

Spostamenti

0.021 m

195.14 KWh/m2

Superficie Pannelli Solari >

Area

94.77 m2

Spostamenti

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BERLINO

Sezione AA’

1m

A

B

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

Prospetto EST

1m

B’

KWh/m2

>1000

Pianta

A’

Analisi Radiazione Solare Interna

N 1m

+200 <50

Area

Massa

Spostamenti Struttura

Energia Generata

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

>0

64.33 m2

6434 Kg 100.02 Kg/m2

Spostamenti

0.023 m

205.62 KWh/m2

Superficie Pannelli Solari >

Area

116.54 m2

Spostamenti

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IL CAIRO

Sezione AA’

1m

A

Sezione BB’

B

1m

B’

Prospetto EST

1m

KWh/m2

>1000

N

Pianta

A’

1m

Analisi Radiazione Solare Interna

+200 <50

Area

Massa

Spostamenti Struttura

Energia Generata

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

>0

71.94 m2

9343 Kg 129.87 Kg/m2

Spostamenti

0.022 m

291.56 KWh/m2

Superficie Pannelli Solari >

Area

101.39 m2 Prospetto SUD

1m

Spostamenti

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MANAUS

Sezione AA’

1m

A

B

Sezione BB’

1m

Prospetto SUD

1m

Prospetto EST

1m

B’

KWh/m2

>1000

N

Pianta

A’

1m

Analisi Radiazione Solare Interna

+200 <50

Area

Massa

Spostamenti Struttura

Energia Generata

Max 75 m2

Max 130 Kg/m2

Max 0,03 m

>0

66.39 m2

8596 Kg 129.47 Kg/m2

Spostamenti

0.016 m

212.32 KWh/m2

Superficie Pannelli Solari >

Area

117.29 m2

Spostamenti

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ANALISI STRUTTURALE MATERIALI

CARICO 1 Peso Proprio

per la definizione della massa [Kg]

CARICO 2 Azione del Vento

Pannello in Legno Spessore 25 mm Densità 784 Kg/m3 Conduttività 0.16 W/m*K

Isolante Spessore 150 mm Densità 198 Kg/m3 Conduttività 0.049 W/m*K

Pannello in Legno Spessore 15 mm Densità 784 Kg/m3 Conduttività 0.16 W/m*K

Carico 1: Forza di Gravità

Carico 2: Pressione del vento predominante

Carico 1: Deformazioni x100

Carico 2: Deformazioni x100

Trave in Legno Diametro Densità E G

150 mm 750 Kg/m3 1050 KN/cm2 360 KN/cm2

-2-08

1.12

2.00

-01

cm

Vincoli

Carico 1: %Utilizzo Travi -40

-30

-20

-10

0

Carico 2: % Utilizzo Travi 10

20

30

40 %

CARICO TOTALE

8

9

7

10

12

11 6

5 1

Carico totale: Deformazioni x100 -2-08

2.50

1.16-01

3

cm

4

2

Carico totale: Reazioni Vincolari - Risultante

KN

X

Y

Z

1

-210.692

36.653

207.496

2

-318.225

245.481

413.304

3

-160.623

221.835

573.576

4

-87.458

181.756

-20.264

5

-336.390

64.814

719.591

6

-117.387

837.328

170.674

7

-1080.701

356.542

538.429

8

-344.223

-370.655

596.801

9

-195.531

-653.779

517.547

10

-562.757

-513.604

1044.521

11

-406.724

330.329

1170.682

12

-37.762

-1031.143

-734.166

Carico totale: Reazioni Vincolari

Carico Totale: %Utilizzo Travi -64

-48

-32

-16

0

16

32

48

64 %

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