Title: Design of an adaptive facade with reflective properties for UHI mitigation and indoor daylight performance improvement
Other Titles: Entwurf einer adaptiven Fassade für die Minderung des Hitzeeintrageffektes und der Verbesserung des Tageslichteinfalls im Innenraum
Language: English
Authors: Vecerdi, Miruna 
Qualification level: Diploma
Advisor: Bauer, Peter 
Issue Date: 2021
Citation: 
Vecerdi, M. (2021). Design of an adaptive facade with reflective properties for UHI mitigation and indoor daylight performance improvement [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2021.90240
Number of Pages: 87
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Considering the ever-increasing temperaturedifferences between urban and rural areas - aphenomenon known as Urban Heat Island (UHI)- finding solutions to improve micro-climate and the comfort of citizens is something city planners,architects and engineers should work towards.The aim of this project is to design an adaptivesecond skin for facades as a solution forUHI mitigation. The design consists of textileelements spanning between rotating fins that are attached to horizontal shaft bars. Two separate servomotors actuate the system,rotating two groups of alternating fins. The alternative rotation is orienting the textile panel stowards the sun. This way a sun-tracking similar motion is achieved using mono-axial rotation.The solar-responsive elements modify their geometry to increase solar radiation reflection and improve urban micro-climate and indoor daylight performance. Heat repellent materials are considered to ensure reflection also in the infra-red spectrum.This second facade skin is envisioned to be suited for future designs, but also to be applicable inthe already existing urban fabric, as a possible retrofitting measure.The overall structure should be easily demountable if it should have ended its need and use. All components of the system have to be recyclable and the joints and mounting should be mostly mechanical with no use of lamination.A parametric model was made usingRhinoceros3D and Grasshopper. Weather and solar data was extracted using LadybugToolsfor Grasshopper and the daylight analysis was simulated with ClimateStudio. In this way, the kinetic behavior of the geometry could easilybe modified and evaluated considering all parameters with a relatively quick response forthe investigated performance, making it possible to have a consequent feedback loop for designiterations.The specific design presented in this projectis made to respect the climatic conditions of Stuttgart and to be fitted on to the adaptive demonstrator tower in Campus Vaihingen. Itis important to mention that designing a solar responsive façade skin requires a specific sitelocation, to ensure the correct kinetic behaviorinfluenced by the specific local climate.Nevertheless, this system approach can be adapted to any location and facade geometry.

In Anbetracht der steigenden Temperaturunterschiede zwischen städtischen und ländlichen Gebieten - ein Phänomen, das als urbane Wärmeinsel bekannt ist - ist die Suche nach Lösungen zur Verbesserung des Mikroklimas und des menschlichen Komforts etwas, woran Stadtplaner, Architekten und Ingenieure arbeiten sollten.Das Ziel dieses Projekts ist es, eine adaptive sekundäre Fassadenhaut als Lösung zur Abschwächung von Wärmeinseln zu entwerfen.Das Design besteht aus textilen Elementen,die zwischen drehenden Lamellen, die an Wellenstäben befestigt sind, spannen. Zwei separate Servomotoren treiben das System an und drehen zwei Gruppen von abwechselnden Lamellen. Bei der alternativen Rotation werdendie Textilien zur Sonne hin ausgerichtet. Auf diese Weise wird eine sonnennachgeführte Bewegung mit einachsiger Rotation erreicht.Die solar reagierenden Elemente verändern ihre Geometrie, um die Reflexion der Strahlung zu erhöhen und das städtische Mikroklima und die Tageslichtleistung im Innenraum zuverbessern. Wärmeabweisende Materialien werden berücksichtigt, um die Reflexion auch im Infrarotspektrum zu gewährleisten. Dieses Fassadenkonzept soll für zukünftige Entwürfe geeignet sein, aber auch in der bereits bestehenden städtischen Struktur als mögliche Nachrüstungsmaßnahme eingesetztwerden können. Die Gesamtstruktur sollte leicht demontierbar sein, wenn sie ihren Bedarf und ihre Nutzung beendet haben sollte. Alle Komponenten des Systems müssen wiederverwertbar sein und die Verbindungen und Befestigungen sollten größtenteils mechanisch sein, ohne Verwendung von Verklebungen.Ein parametrisches Modell wurde mit Rhinoceros3D und Grasshopper erstellt. Wetter- und Solardaten wurden mit Ladybug Tools für Grasshopper extrahiert und die Tageslichtanalyse wurde mit Climate Studio simuliert. Auf diese Weise konnte das kinetische Verhalten der Geometrie leicht modifiziert und unter Berücksichtigung aller Parameter mit einer relativ schnellen Reaktion auf die untersuchte Leistung bewertet werden, was eine konsekvente Feedback-Schleife für DesignIterationen ermöglichte. Das spezifische Design, das in diesem Projekt vorgestellt wird, berücksichtigt die klimatischen Bedingungen in Stuttgart und kann auf den adaptiven Demonstratorturm in Campus Vaihingen montiert werden. Für den Entwurf einer sonnenempfindlichen Fassadenhaut ist ein spezifisches Standort notwendig, um das korrekte kinetische Verhalten unter dem Einfluss des spezifischen lokalen Klimas zu gewährleisten.Dennoch kann dieser Systemansatz an jeden Standort angepasst werden.
Keywords: Leichtbau; UHI Effekt; Nachhaltigkeit
Lightweight Construction; UHI – Effect; Sustainability
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2021.90240
http://hdl.handle.net/20.500.12708/17945
DOI: 10.34726/hss.2021.90240
Library ID: AC16240239
Organisation: E259 - Institut für Architekturwissenschaften 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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