La recente Direttiva 31/2010 dell’Unione Europea impone agli stati membri di riorganizzare il quadro legislativo nazionale in materia di prestazione energetica degli edifici, affinchè tutte le nuove costruzioni presentino dal 1° gennaio 2021 un bilancio energetico tendente allo zero; termine peraltro anticipato al 1° gennaio 2019 per gli edifici pubblici. La concezione di edifici a energia “quasi” zero (nZEB) parte dal presupposto di un involucro energeticamente di standard passivo per arrivare a compensare, attraverso la produzione preferibilmente in sito di energia da fonti rinnovabili, gli esigui consumi richiesti su base annuale. In quest’ottica la riconsiderazione delle potenzialità dell’architettura solare individua degli strumenti concreti e delle valide metodologie per supportare la progettazione di involucri sempre più performanti che sfruttino pienamente una risorsa inesauribile, diffusa e alla portata di tutti come quella solare. Tutto ciò in considerazione anche della non più procrastinabile necessità di ridurre il carico energetico imputabile agli edifici, responsabili come noto di oltre il 40% dei consumi mondiali e del 24% delle emissioni di gas climalteranti. Secondo queste premesse la ricerca pone come centrale il tema dell’integrazione dei sistemi di guadagno termico, cosiddetti passivi, e di produzione energetica, cosiddetti attivi, da fonte solare nell’involucro architettonico. Il percorso sia analitico che operativo effettuato si è posto la finalità di fornire degli strumenti metodologici e pratici al progetto dell’architettura, bisognoso di un nuovo approccio integrato mirato al raggiungimento degli obiettivi di risparmio energetico. Attraverso una ricognizione generale del concetto di architettura solare e dei presupposti teorici e terminologici che stanno alla base della stessa, la ricerca ha prefigurato tre tipologie di esito finale: una codificazione delle morfologie ricorrenti nelle realizzazioni solari, un’analisi comparata del rendimento solare nelle principali aggregazioni tipologiche edilizie e una parte importante di verifica progettuale dove sono stati applicati gli assunti delle categorie precedenti / The recent Directive 31/2010 of the European Union requires that the member states reorganize their national legislative framework in the field of energy performance of buildings. so that from 1 January 2021 the energy balance of all new buildings will tend to zero (1 January 2019 for public buildings). The concept of nearly Zero Energy Buildings (nZEB) is based on the assumption that the envelope follows the standard of the passive houses and the small energy consumption required on annual basis is compensated by the production of renewable energy, preferably on-site. In this context, the rethinking of the potential of solar architecture allows to identify concrete tools and valid methodologies to support the design of increasingly efficient envelopes that take full advantage of an inexhaustible, common and affordable energy source, such as the solar energy. This should be achieved considering the necessity of no longer delaying the reduction of the energy load due to buildings, known as responsible for over 40% of world consumption and 24% of greenhouse gas emissions. According to these premises, the central theme of the research is the integration of the heat gain systems, so-called passive, and the solar energy production, so-called active, in the envelope. The carried out analytical and operational path has set the objective of providing practical and methodological tools for the design of the architecture, in need of a new integrated approach to achieve the goals of energy savings. Through a general survey of the concept of solar architecture and its theoretical assumptions and terminology, the research has envisioned three types of outcome: a codification of the recurring morphologies in solar constructions, a comparative analysis of the solar performance in the principal types of building aggregations and a significant design verification, where the assumptions of the previous categories have been applied

La ricerca punta a definire una metodologia operativa ad ampia scala territoriale che possa catalogare, studiare e valutare lo stato di conservazione dei manufatti architettonici emergenti caratterizzanti il territorio trentino d’altura. La conoscenza e lo studio dell’ingente patrimonio architettonico del passato, soprattutto quello ecclesiastico, è finalizzato alla concreta definizione di modus operandi specifici per il recupero di materiali e tecnologie costruttive in architetture che presentano una notevole stratificazione storica artistica – materica – statica, onde evitare le omogeneizzazioni e le semplificazioni negli interventi di recupero che si sono verificati negli ultimi decenni, per la mancanza di conoscenze approfondite soprattutto in particolari ambiti montani. Lo studio è strettamente connesso ad uno dei grandi progetti 2006 della Provincia Autonoma di Trento, il progetto APSAT (Ambiente e Paesaggio dei Siti Altura Trentini), finalizzato alla rivalutazione dei siti d’altura alpini mediante l’analisi e la comprensione dei complessi sistemi antropici che si sono sviluppati e stratificati nel tempo fino ad arrivare all’attuale assetto socio - economico e culturale - territoriale. E' stato necessario assumere un’area campione, la Val di Gresta (Vallagarina), che per le sue contenute dimensioni geografiche ben si presta ad una lettura approfondita e multiscala. Lo studio, articolato su più livelli e su più ambiti di ricerca, ha individuato le relazioni tra manufatti e ambiente naturale, tra diversi tipi edilizi nel loro rapporto con le infrastrutture e il paesaggio, determinando input di trasformazione comuni a tutti i sistemi antropici.

The thesis deals with sunspaces, considered as a particular passive solar system. Solar systems exploit solar radiation in order to decrease the use of non-renewable energy sources. Therefore their importance is both environmental and economic. According to “The passive solar energy books” (1979) of Edward Mazria the difference between “active systems” and “passive systems” is that in the latter the heat flows happen without mechanical equipment. The present research focuses on the reduction of winter energy requirements due to the presence of a sunspace, it analyses the involved physical phenomena, and it considers tools to design sunspaces and to optimize them from the point of view of energy requirements. Particular attention is given to the quasi-steady-state methods, which are the most used by the designers. The thesis critically analyses calculation methods, identifies their problematic aspects and provides some indications to improve the method of the technical standard EN ISO 13790:2008. As well as by the theoretical part, in the research a fundamental role is played by experimental campaigns. In fact, empirical data have been collected in relation both to existing sunspaces and to sunspaces which were specifically constructed for the research. Two sunspaces, one having the dimensions of a small room and the other one which is its scale model, with halved dimensions, were created and were the object of an experimental campaign. This experimental study has allowed to observe how the physical behaviour of sunspaces changes by changing their dimensions and to achieve a deep comprehension of sunspaces through quantitative analyses of involved physical quantities. A virtual model of the sunspaces was created and validated. Because of the long renovation cycle for buildings, the improvement of the energy performance of existing buildings is fundamental. That is the reason why part of the research concerns the refurbishments of verandas which are closed with elements having a large glazed surface. The concept is the same as for the sunspaces: the presence of an adjacent not heated space which works as “solar collector” can decrease the heating requirements. An existing building in Freiburg (Germany), which was renovated between 1997 and 1999 (among other things, by closing the veranda with windows, improving the insulation, and adding a solar air collector for the supply air entering the veranda and a mechanical air extraction system), was monitored (in collarboration with Fraunhofer ISE) and the data were analysed critically. Considering the experience with the past renovation, design proposals for future refurbishments have been considered. The energy performances of different possibilities are calculated and compared among them. Attention is paid to thermal insulation, to exploitation of the solar radiation and to ventilation strategies (also mechanical and integrated with heat recovery systems). A guided procedure for the proper design of sunspaces is presented. Its goal is to present clearly and with a logical sequence what aspects the designers have to take into account to design sunspaces properly. Both new constructions and refurbishments are considered. Aspects such as the relationship between building shape and heating requirements, local context, insulation, thermal inertia, overheating, ventilation, and so on are dealt with. The technology to build a sunspace is simple, but a rigorous study of its behaviour is complex. Future researches about the thermal behaviour of sunspaces could develop further the possibility to improve the quasi-steady-state methods, taking in consideration, also from a quantitative point of view, a lot of different cases. The utilization of CFD software, in order to better estimate the convective heat coefficients and to evaluate the ventilation from a sunspace, could be another development of this subject.

The project focuses on developing strategies for interventions of sustainable renovation, with the awareness that re-using existing buildings allows to reduce the impact on the environment and also to maintain our cultural sources and ecosystems. The largest part of the European building stock is composed of buildings older than 30 years that will continue to account for the major portion of it also for the decades to come. These buildings are very important because of their economic, social-cultural and environmental value. Often built stock needs interventions of renovation in order to meet the actual standard of performance, both from energetic and functional point of view. Recent changes in human life style oblige to modify spaces in a quick way and this necessity has reduced the life of our buildings. For this reason it is fundamental operate on existing buildings reducing the waste production, by using the strategies of the design for de-construction and the reversible design. To do this, LCA is the best method, because it allows measuring objectively the buildings impact and the environmental benefits of renovations and also it can help in defining the most appropriate materials. This work presents the analysis of the restoration projects of two industrial buildings in a sustainability perspective. Industrial buildings were chosen as case studies because of their big sizes, good accessibility, flexible internal partitions and large pertinence areas, features which make them good candidate for rehabilitation. The focus point is how to convert this existing estate in a sustainable way, in order to reduce the need for new constructions and optimize the intrinsic qualities of forsaken industrial spaces.

La ricerca si propone d’indagare sul concetto di “congruità” riferito alle trasformazioni di specifici contesti urbani, e di definire quindi un metodo “non arbitrario” per la valutazione di opere esistenti o in progetto, al fine di riconoscerne il carattere di congruità o, al contrario, d’incongruità. Interventi d’inserimento e di trasformazione, alla scala del comparto urbanistico o anche alla scala edilizia, possono presentarsi come congrui o incongrui rispetto all’identità del luogo di appartenenza (organismo a scala urbana o territoriale). Congrua risulta l’opera che non si pone in (conclamato) contrasto rispetto ai caratteri identitari del contesto. Le definizioni d’incongruità e di opera incongrua, divengono il metro di giudizio del rapporto tra un intervento ed il suo contesto, e si applicano mediante una valutazione che sia metodologicamente fondata e verificata. La valutazione di congruità-incongruità può riferirsi a opere esistenti già realizzate, oppure a progetti di nuove opere; in questo secondo approccio il metodo di valutazione si configura come linea-guida per l’orientamento del progetto stesso in termini di congruità rispetto al contesto. In una fase iniziale la ricerca ha fissato i principi di base, con la definizione di ciò che deve intendersi per congruità e per profilo di congruità. La specifica di congruità, non potendosi basare su una consolidata letteratura (il concetto nei termini descritti è stato introdotto dalla legge 16/2002 della Regione Emilia-Romagna; la Regione stessa riconosce che il concetto è in fase di precisazione tramite sperimentazioni, studi e interventi pilota), muove dallo studio dei concetti di luogo, caratteri del luogo, identità del luogo, contesto urbano, trasformazione dell’ambiente costruito, tutela del patrimonio edilizio, sviluppo tipologico, e superfetazione incongrua. Questi concetti, pur mutuati da ambiti di ricerca affini, costituiscono i presupposti per la definizione di congruità delle trasformazioni di contesti urbani, rispetto all’identità del luogo, tramite la tutela e valorizzazione dei suoi caratteri tipologici costitutivi. Successivamente, la ricerca ha affrontato l’analisi di taluni casi-tipo di opere incongrue. A tale scopo sono stati scelti quattro casi-tipo d’interventi per rimozione di opere ritenute incongrue, indagando la metodologia di valutazione di congruità in essi applicata. Inoltre è stata sperimentata l’applicazione del metodo di valutazione per “categorie di alterazioni” tramite lo studio del centro storico di Reggio Emilia, assunto come contesto urbano campione. Lo studio analitico è sviluppato attraverso l’indagine del rapporto tra edifici e caratteri del contesto, individuando e classificando gli edifici ritenuti incongrui. Qui sono emersi i limiti del metodo di individuazione delle incongruità per categorie di alterazioni; di fatto le alterazioni definite a priori rispetto al contesto, determinano un giudizio arbitrario, in quanto disancorato dai caratteri del luogo. La definizione di ciò che è congruo o incongruo deve invece riferirsi a uno specifico contesto, e le alterazioni dei caratteri che rappresentano l’identità del luogo non possono definirsi a priori generalizzandone i concetti. Completando la ricerca nella direzione del risultato proposto, si è precisato il metodo di valutazione basato sulla coincidenza dei concetti di congruità e di pertinenza di fase, in rapporto allo sviluppo tipologico del contesto. La conoscenza del contesto nei suoi caratteri tipologici, è già metodo di valutazione: nella misura in cui sia possibile effettuare un confronto fra contesto ed opera da valutare. La valutazione non si pone come vincolo all’introduzione di nuove forme che possano rappresentare un’evoluzione dell’esistente, aggiornando il processo di sviluppo tipologico in relazione alle mutazioni del quadro esigenzialeprestazionale, ma piuttosto come barriera alle trasformazioni acritiche nei confronti del contesto, che si sovrappongano o ne cancellino inconsapevolmente i segni peculiari e identitari. In ultima analisi, ai fini dell’applicabilità dei concetti esposti, la ricerca indaga sulla convergenza tra metodo proposto e possibili procedure applicative; in questo senso chiarisce come sia auspicabile definire la congruità in relazione a procedure valutative aperte. Lo strumento urbanistico, inteso come sistema di piani alle diverse scale, è l’ambito idoneo a recepire la lettura della stratificazione dei segni indentitari rilevabili in un contesto; lettura che si attua tramite processi decisionali partecipati, al fine di estendere alla collettività la definizione d’identità culturale del luogo. La valutazione specifica di opere o progetti richiede quindi una procedura aperta, similmente alla procedura di valutazione in vigore presso le soprintendenze, basandosi sul concetto di responsabilità del progettista e del valutatore, in riferimento alla responsabilità della collettività, espressa invece nello strumento urbanistico. Infatti la valutazione di tipo oggettivo, basata sul riferimento a regolamenti o schemi precostituiti, confligge con il senso della valutazione metodologicamente fondata che, al contrario, è assunto teorico basilare della ricerca.

La tesi di dottorato “Il genius loci e l’architettura sostenibile. L’ambiente naturale e costruito della Val di Gresta” attiene alla definizione di una metodologia di studio efficace a descrivere i caratteri ricorrenti in un ambito territoriale omogeneo, analizzando il territorio nelle diverse scale da quella dell’insediamento a quella dell’edificio, a quella della tecnologia. Lo studio non doveva solo comprendere il paesaggio in tutte le sue componenti ma si è voluto definire i principi concettuali di trasformazione passati, attuali e futuri, e soprattutto questi ultimi al fine di riattivare un processo congruente e compatibile con al naturalità del territorio, con l’economia e la cultura del luogo. Nel corso del lavoro è stato analizzato il paesaggio della valle di Gresta, ove si è registrato un forte declino della diversità del paesaggio, con conseguente semplificazione del mosaico paesistico e la riduzione delle caratteristiche identitarie strutturali e culturali. E’ stata rilevata infatti la scomparsa di elementi strutturali caratterizzanti, come i terrazzamenti, la modificazione nella dimensione degli insediamenti e l’alterazione formale e tecnologica degli edifici. Le diverse sollecitazioni esterne che inducono le evoluzioni in un territorio sono continue, quindi è evidente che anche il processo di trasformazione deve proseguire, ma in rapporto simbiotico con l’esistente, come un tempo, dove le varie modificazioni si stratificavano nell’architettura e nel paesaggio. L’ analisi del paesaggio naturale e costruito e delle architetture della valle è quindi servita per comprendere l’evoluzione e la trasformazione nel corso dei secoli del rapporto di equilibrio stabilitosi tra artificio e contesto, analizzando le modificazioni avvenute alle diverse scale. La conservazione e valorizzazione del paesaggio sono il fine del processo di conoscenza intrapreso ma anche l’inizio di una sensibilizzazione alle politiche ambientali e di trasformazioni del costruito in cui assieme alle permanenze più o meno integre del sistema storico che ha caratterizzato i luoghi nel corso del tempo si attuano delle modificazioni congruenti legate ad attribuzioni di significato che contribuiscono a mantenere e ri-definire l’identità culturale del territorio.

La presente tesi di dottorato affronta il tema delle architetture fortificate del Friuli Venezia Giulia colpite dal sisma del 1976 studiando alcuni interventi di restauro realizzati, anche con riferimento alla Circolare N.26 del 2/12/10 relativa alla valutazione del rischio sismico del patrimonio culturale, per comprendere l'importanza del ruolo sempre più rilevante assunto dalla conoscenza dei caratteri costruttivi, morfologici e tecnologici, dei dissesti pregressi, delle modalità di costruzione e stratificazione degli edifici storici nella definizione dei relativi interventi di riparazione e consolidamento, anche alla luce dei recenti eventi sismici che hanno interessato il nostro territorio nazionale. I recenti terremoti che hanno colpito l’aquilano e parte dell’Emilia Romagna, infatti, hanno fatto emergere una volta di più la debolezza e la fragilità del patrimonio architettonico storico, nonché l'importanza di mettere in atto un costante piano di manutenzione ed una corretta attività di prevenzione su manufatti che nel tempo hanno subito numerosi processi di trasformazione e il naturale invecchiamento dei materiali. Alcuni studi relativi all’analisi delle modalità costruttive e del danneggiamento di edifici storici a seguito di terremoti avvenuti in tempi meno recenti, hanno dimostrato l’efficacia degli esiti e della metodologia condotta, suggerendo anche una serie di tecniche di intervento appropriate. Ci si riferisce in particolare ai risultati delle ricerche intraprese agli inizi degli anni ’90 sulle chiese friulane colpite dal sisma del 19761 che hanno consentito di affrontare lo studio della propensione al danneggiamento di una peculiare tipologia edilizia costituita dagli edifici ecclesiastici, nonché agli studi condotti a seguito del terremoto umbro-marchigiano del 1972. Proprio questi ultimi studi hanno portato alla definizione di un repertorio di soluzioni di interventi di restauro finalizzati al miglioramento del comportamento in caso di sisma, contribuendo in modo significativo a definire l’importanza del concetto di vulnerabilità sismica3 e di macroelemento4. Ulteriori studi sul danneggiamento del patrimonio architettonico fortificato del Friuli Venezia Giulia colpito dal sisma del 19765, realizzati ripercorrendo nella metodologia e nell’iter concettuale gli studi intrapresi sulle chiese friulane, hanno consentito di affrontare efficacemente la questione della vulnerabilità e del reale comportamento sotto l'azione sismica, non ipotizzabile a priori mediante il calcolo strutturale. Sebbene sia improprio trasferire a priori dei dati di sintesi validi per le chiese o per gli edifici ordinari a degli organismi strutturali come i castelli (in quanto questi presentano caratteristiche geometriche,dimensionali, tipologiche e costruttive diverse), dalle analisi e dalle ricerche compiute nel corso della presente tesi di dottorato è emerso che alcune dinamiche di danneggiamento osservabili nelle architetture fortificate possono essere ricondotte a quelle già osservate sulle chiese. Si è potuto osservare che numerose interpretazioni e schematizzazioni relative al comportamento delle chiese, con particolare riferimento all’individuazione di cinematismi dei macroelementi sono riconducibili alle dinamiche di danneggiamento proprie dei complessi castellani (ad esempio, il “mastio” di un castello può essere ricondotto al macroelemento “torre campanaria” degli edifici ecclesiastici), fermo restando la peculiarità complessiva del manufatto.

In western countries, we are now living in a period of economic prosperity. This has undermined in a certain way the “world’s balances” in terms of social, economic and well-being equilibrium. In particular, well-being grows in parallel with its side effects: it allows the population to grow, which generates a rise of the resources need, with related risk of pauperization of the planet. The two main aspects of the current world’s living system crisis are climate change and widespread poverty, even and mainly in terms of lack of housing. Until some years ago one was the cause of the other: the building sector is the most energy consumer and CO2 emitter. Anyway, thanks to the contemporary knowledge and technology, this trend is inverted: it is now quite simple, and in several countries compulsory, to realize NZEB or ZEB constructions. However, especially in growing countries, the building industry is yet too slow to meet the contemporary changes which are consistently faster and pressing. The main theme is now to explore the possibility of generating a new building system which can be fast in construction, adaptable to changes and completely fade away. It must respond either to growing needs or to change during the time. All focusing on very low energy consumption in use and to production/disposal phases.

The design of a residential building to maximize comfort and energy savings is nowadays anchored in technical guidelines, although it is clear that individual preferences and subjective experiences play an undeniable role. Starting from this conflict, this study investigates the potential of new data sources (Internet of Things) and smart home technology as tools to better investigate and understand the real needs and preferences of individual inhabitants and, at the same time, to help the building adapt and respond to its occupants. In many countries, environmental energy monitoring systems for residential buildings remain unregulated and are not mandatory, a situation attributed to the high costs, perceived invasiveness, limited flexibility, and ambiguous benefits to the end-users; consequently, even in optimal scenarios, their application is confined primarily to building managers rather than the actual occupants. With smart homes, the ability to collect data and information has exploded, as the number of low-cost sensors now available on the market. This has also led to widespread automation, with the ability not only to monitor but also to "control" the built environment. Alongside these advancements, however, lies the risk of accumulating vast amounts of data that are unmanageable and useless, lacking tangible significance. Concerns over privacy and loss of control over one's private living space are raising, coupled with skepticism regarding the true efficacy of these systems. To truly optimize building performance, particularly within the residential sector, it is imperative to first gain an in-depth understanding of the intricate interplay between the built environment and its occupants, select the right aspect to optimize, and then provide the necessary information for optimization to stakeholders. Therefore, some questions arise: Is it possible, in the right situations, to use this less invasive and less expensive technology in place of more structured monitoring systems, the same ones also used in academic research? Is it a reliable technology? Can a monitoring system bring real benefits to the inhabitant and the building in terms of energy savings and quality of life improvement? Can it be adapted to the specific preferences and needs of both the building manager and the occupant? The present study begins by examining the concepts of indoor comfort and energy use in residential settings from a new perspective, incorporating a systematic literature review that delves into socio-cultural aspects. Adopting an interdisciplinary “learning by doing” approach, it deepens the topics of user-centered monitoring, the human-building interactions, and the wide-ranging resources and potential challenges that come with domestic environments. To concretely answer the theoretical and technical questions raised, the study paired its theoretical analysis with the design and prototyping from scratch of a plug-and-play, low-cost, and non-invasive monitoring and automation system called MOQA, which leverages smart home technologies. This process facilitated a comprehensive understanding of the data lifecycle  from its production and collection to its management, presentation to key stakeholders, and final evaluation by the end-users  essentially assessing its utility. The deployment of MOQA across different case studies, alongside its evaluation against more conventional monitoring systems, enabled an examination of the system’s acceptance, functionality, user interaction, stability, and overall performance. These experiences, despite some limitations, highlighted the user's pivotal role in effectively utilizing and truly benefiting from these systems. Support from individuals with in-depth knowledge of the system and its benefits is crucial, leading to satisfaction even among people who were initially skeptical. Over time, the system proved to be stable, accurate, accepted and, eventually, integrated into daily routines. Prioritizing hands-on solutions over theoretical debates about comfort and energy norms, the smart home system is perceived, in a personal parallel with the theory of salutogenesis in architecture, as a tool capable of connecting the inhabitant with the resources available in the building. Advancement in the spontaneous and beneficial exchange between humans and the environments they live in, spanning built and natural, leads to an uplift in the quality of life. Overall, the doctoral study contributed to exploring the potential of smart homes by merging the perspectives of research and users and broadening the strictly economic and business vision currently associated with the topic. Scientific, industrial, social, and environmental implications were addressed, suggesting future lines of research.

The current state of energy and climate transition presents several challenges that are currently not optimally addressed by planning and design practices. Indeed, cities play a central role in this transition, as they are within the main causes of climate change as well as extremely vulnerable to its effects, such as extreme events. In this context, the disciplines of urban planning and design are a great resource for promoting mitigation and adaptation strategies. However, there is a gap between scientific research on the issues and the actual implementation of the resources, mainly due to the inability of planning tools to address these needs, the difficulty of transforming the existing built environment and the engagement of citizens in these processes. These issues can be translated into four knowledge gaps that can be addressed by the disciplines of planning and design: lack of explicit considerations of resilient pathways, lack of innovative implementation tools, local resistance towards landscape transformations, silo thinking. The goal of the thesis is to identify, develop and evaluate climate-sensitive planning and design strategies, considering the environmental criteria, the urban areas and the people who live in them. The research is practice-oriented and gives directions on how to apply scientific knowledge through practices for a responsive and landscape-inclusive climate-energy transition. Specifically, it aims to combine several challenges and promote holistic procedures balancing adaptation and mitigation strategies as well as to include the concept of landscape in the transition. The proposed methodologies are evidence-based, performance-based and landscape-inclusive, connecting different scales of intervention, disciplinary tools, and practices of planning and design. In other words, the thesis promotes urban regeneration for climate and energy transition through an integrated approach between landscape, city, and buildings. This integrated approach addresses the following dimensions of urban challenges: social, environmental, economic, and health.