Sustainability assessment of double-skin facades: improving thermal and visual comfort by applying parametric design panels on adaptive façade in refurbishment educational building at Mediterranean climate

Abstract

(English) This dissertation investigates the role of Double-Skin Façades (DSFs) in promoting sustainable building practices, focusing on their influence on energy efficiency, thermal and visual comfort, and social dynamics, particularly in urban settings. Given that buildings account for about 40% of global energy use, façades significantly impact energy performance, making their design a critical area for improving sustainability. This study employs a combination of empirical observations, advanced simulations, and parametric design tools such as Rhinoceros and Grasshopper to explore how DSFs can reduce energy consumption while enhancing the comfort and well-being of occupants. The research is structured around key performance indicators like Energy Use Intensity, Number of Hours in Thermal Comfort, and Spatial Glare Autonomy. The findings indicate that adaptive DSFs, when optimized, significantly improve building energy performance, reduce cooling and heating loads, and provide effective glare control—all while enhancing visual comfort. Moreover, DSFs help create socially dynamic environments by improving the aesthetic appeal of façades and fostering social interactions in urban areas. A case study in Barcelona highlights the broader applicability of these findings to Mediterranean climates, with implications for both new construction and retrofitting projects. By integrating advanced computational tools for multi-objective optimization, the study not only identifies façade configurations that balance energy efficiency and occupant comfort but also demonstrates how façades can enhance social engagement in densely populated urban spaces. In conclusion, the research provides architects and urban planners with actionable insights into the use of DSFs and parametric tools for sustainable building design, offering solutions that reduce energy consumption, improve occupant comfort, and encourage social interaction—key aspects of developing more sustainable urban environments.

(Català) Aquesta tesi investiga el paper de les Façanes de Doble Pell en la promoció de pràctiques constructives sostenibles, centrant-se en la seva influència sobre l'eficiència energètica, el confort tèrmic i visual, i les dinàmiques socials, particularment en entorns urbans. Atès que els edificis representen aproximadament el 40% del consum energètic global, les façanes impacten significativament en el rendiment energètic, convertint el seu disseny en una àrea crítica per millorar la sostenibilitat. Aquest estudi empra una combinació d'observacions empíriques, simulacions avançades i eines de disseny paramètric com Rhinoceros i Grasshopper per explorar com les Façanes de Doble Pell poden reduir el consum energètic mentre milloren el confort i el benestar dels ocupants. La investigació s'estructura al voltant d'indicadors clau de rendiment com la Intensitat d'Ús Energètic, el Nombre d'Hores en Confort Tèrmic i l'Autonomia Espacial de l'Enlluernament. Els resultats indiquen que les Façanes de Doble Pell adaptatives, quan estan optimitzades, milloren significativament el rendiment energètic de l'edifici, redueixen les càrregues de refrigeració i calefacció, i proporcionen un control efectiu de l'enlluernament, tot això mentre milloren el confort visual. A més, les Façanes de Doble Pell ajuden a crear entorns socialment dinàmics en millorar l'atractiu estètic de les façanes i fomentar les interaccions socials en àrees urbanes. Un cas d'estudi a Barcelona destaca l'aplicabilitat més àmplia d'aquestes troballes a climes mediterranis, amb implicacions tant per a nova construcció com per a projectes de rehabilitació. Mitjançant la integració d'eines computacionals avançades per a l'optimització multiobjectiu, l'estudi no només identifica configuracions de façana que equilibren l'eficiència energètica i el confort dels ocupants, sinó que també demostra com les façanes poden millorar la participació social en espais urbans densament poblats. En conclusió, la investigació proporciona als arquitectes i urbanistes coneixements pràctics sobre l'ús de Façanes de Doble Pell i eines paramètriques per al disseny sostenible d'edificis, oferint solucions que redueixen el consum energètic, milloren el confort dels ocupants i fomenten la interacció social, aspectes clau per desenvolupar entorns urbans més sostenibles.

(Español) Esta tesis investiga el papel de las Fachadas de Doble Piel en la promoción de prácticas constructivas sostenibles, centrándose en su influencia sobre la eficiencia energética, el confort térmico y visual, y las dinámicas sociales, particularmente en entornos urbanos. Dado que los edificios representan aproximadamente el 40% del consumo energético global, las fachadas impactan significativamente en el rendimiento energético, convirtiendo su diseño en un área crítica para mejorar la sostenibilidad. Este estudio emplea una combinación de observaciones empíricas, simulaciones avanzadas y herramientas de diseño paramétrico como Rhinoceros y Grasshopper para explorar cómo las Fachadas de Doble Piel pueden reducir el consumo energético mientras mejoran el confort y el bienestar de los ocupantes. La investigación se estructura en torno a indicadores clave de rendimiento como la Intensidad de Uso Energético, el Número de Horas en Confort Térmico y la Autonomía Espacial del Deslumbramiento. Los resultados indican que las Fachadas de Doble Piel adaptativas, cuando están optimizadas, mejoran significativamente el rendimiento energético del edificio, reducen las cargas de refrigeración y calefacción, y proporcionan un control efectivo del deslumbramiento, todo ello mientras mejoran el confort visual. Además, las Fachadas de Doble Piel ayudan a crear entornos socialmente dinámicos al mejorar el atractivo estético de las fachadas y fomentar las interacciones sociales en áreas urbanas. Un caso de estudio en Barcelona destaca la aplicabilidad más amplia de estos hallazgos a climas mediterráneos, con implicaciones tanto para nueva construcción como para proyectos de rehabilitación. Mediante la integración de herramientas computacionales avanzadas para la optimización multiobjetivo, el estudio no solo identifica configuraciones de fachada que equilibran la eficiencia energética y el confort de los ocupantes, sino que también demuestra cómo las fachadas pueden mejorar la participación social en espacios urbanos densamente poblados. En conclusión, la investigación proporciona a arquitectos y urbanistas conocimientos prácticos sobre el uso de Fachadas de Doble Piel y herramientas paramétricas para el diseño sostenible de edificios, ofreciendo soluciones que reducen el consumo energético, mejoran el confort de los ocupantes y fomentan la interacción social, aspectos clave para desarrollar entornos urbanos más sostenibles.