Extreme environments: materials and spatial configuration for architectural mediation

Abstract

Climate change will create new risks for natural and human systems. Environments today considered temperate will become challenging for human survival. Cities and human habitats will have to adapt to ensure safety and comfort. The aim of the research was to develop a model for an integrated analysis of architectural proposals for climates with extreme temperatures, considering criteria of architectural suitability, energy efficiency, environmental impact of materials and ease of construction. Studying architectural morphology, functional distribution and building materials, prismatic and ellipsoidal morphologies are analysed. After a detailed analysis of selected properties, wood was selected as the building material. Using multicriteria decision analysis models, the different morphologies were evaluated in two extreme climates (very low or very high external temperature) and in the Lisbon climate (as a reference moderate climate). Four scenarios were considered: without distinction between analysis criteria; favouring energy efficiency; favouring lightness of materials; attributing greater relative importance to the combination energy efficiency / lightness of materials. In general terms, it is concluded that the ellipsoidal morphology is more efficient than the prismatic one. On the other hand, a ground floor building is more efficient in cold climates while, in hot climates, a high-rise building with a smaller roof area should be adopted. The work developed a multi-criteria model for the selection of architectural solutions for extreme climates. The necessary data for analysis are easily available at early design stages, thus contributing to better and more timely decisions.

As alterações climáticas criarão novos riscos para os sistemas naturais e humanos. Ambientes hoje considerados temperados tornar-se-ão desafiantes para a sobrevivência humana. As cidades e os habitats humanos terão que se adaptar para assegurar a segurança e o conforto. O objetivo da investigação foi desenvolver um modelo de análise integrada de propostas de arquitetura para climas com temperaturas extremas, considerando critérios de adequabilidade arquitetónica, eficiência energética, impacte ambiental dos materiais e facilidade de construção. Estudando a morfologia arquitetónica, a distribuição funcional e os materiais de construção, são analisadas morfologias prismáticas e elipsoidais, tendo sido selecionada, após uma análise detalhada de propriedades selecionadas, a madeira como material de construção. Recorrendo a modelos de análise multicritério, as diferentes morfologias foram avaliadas em dois climas extremos (temperatura exterior muito reduzida ou muito elevada) e no clima de Lisboa (como referência de clima moderado). Foram considerados quatro cenários: sem distinção entre critérios de análise; privilegiando a eficiência energética; privilegiando a leveza dos materiais; atribuindo maior importância relativa ao conjunto eficiência energética / leveza dos materiais. Em termos gerais, conclui-se que a morfologia elipsoidal é mais eficiente do que a prismática. Por outro lado, um edifício de piso térreo é mais eficiente nos climas frios enquanto que, nos climas quentes, deve ser adotada uma construção em altura, com menor área de cobertura. O trabalho desenvolveu um modelo multicritério para a seleção de soluções arquitetónicas para climas extremos. Os dados de análise necessários estão facilmente disponíveis em fases iniciais do projeto, contribuindo assim para melhores decisões mais atempadas.