Urban vertical garden: ways to improve living conditions by applying green façades in buildings refurbishment at semi-arid climate

Abstract

This dissertation aims to improve work conditions in office buildings by implementing vertical greenery systems, such as green façades and living walls in semi-arid climates. Since building energy performance is characterized by their electrical systems and thermal exchanges through the building envelope, which is primarily defined by glazing systems in the façades, covering glazed façades with a vegetation layer can play a key role in energy-saving and thermal comfort of buildings. This research evaluates, through the building simulation method, the influence of green façades in thermal comfort, energy consumption, and the heating and cooling loads of an office building in Denver city with a semi-arid climate condition. Furthermore, the psychological and physical performance of vertical gardens as a nature-based solution and, from the perspective of biophilic cities and philosophy, has been assessed through a review of previous studies related to the effect of greenery systems in office buildings. A green façade can also be used as a retrofit option for office building refurbishment. A case study was created as a conceptual model to investigate the influence of green façades and green façade configuration on their performance prediction in semi-arid climates. Additionally, for a better understanding of vertical garden performance in semi-arid regions, simulation case studies in Barcelona with a Mediterranean climate (as articles) and Denver with a semiarid climate as the context of this dissertation were conducted and their results were compared together. The information generated from the simulation of bare and green façade configurations as a double-skin façade was incorporated into qualitative theories trying to predict human comfort aspects in the work environment. For balancing energy-saving measures through green façade refurbishment, four qualitative criteria serve as the foundation for occupant psychological and physical comfort, and their impact on productivity has been established. These criteria are: the requirement for appropriate indoor air temperature, indoor air quality, daylight availability for the psychological performance of users, and perceived control over the façade by a vegetation layer in workplaces. Finally, a new concept of vertical gardens was introduced by integrating biology and technology in architecture, which may solve the issue of weather conditions and water scarcity in some climates, such as semi-arid climates, for implementing vertical gardens.

Esta tesis tiene como objetivo mejorar las condiciones de trabajo en los edificios de oficinas mediante la implementación de sistemas de vegetación vertical, como fachadas verdes y muros vivos en climas semiáridos. Dado que el rendimiento energético de los edificios se caracteriza por sus sistemas eléctricos e intercambios térmicos a través de la envolvente del edificio, que se define principalmente por sistemas de acristalamiento en las fachadas, cubrir las fachadas acristaladas con una capa de vegetación puede desempeñar un papel clave en el ahorro de energía y el confort térmico de los edificios. Esta investigación evalúa, a través del método de simulación de edificios, la influencia de las fachadas verdes en el confort térmico, el consumo de energía y las cargas de calefacción y refrigeración de un edificio de oficinas en la ciudad de Denver con una condición climática semiárida. Además, el desempeño psicológico y físico de los jardines verticales como una solución basada en la naturaleza y, desde la perspectiva de las ciudades biofílicas y la filosofía, ha sido evaluado a través de una revisión de estudios previos relacionados con el efecto de los sistemas de vegetación en edificios de oficinas. Una fachada verde también se puede utilizar como una opción de modernización para la renovación de edificios de oficinas. Se creó un estudio de caso como modelo conceptual para investigar la influencia de las fachadas verdes y la configuración de las fachadas verdes en su predicción de rendimiento en climas semiáridos. Además, para una mejor comprensión del rendimiento del jardín vertical en regiones semiáridas, se llevaron a cabo estudios de caso de simulación en Barcelona con un clima mediterráneo (como artículos) y Denver con un clima semiárido como el contexto de esta disertación y se compararon sus resultados. La información generada a partir de la simulación de configuraciones de fachadas desnudas y verdes como una fachada de doble piel se incorporó a teorías cualitativas que intentan predecir los aspectos de comodidad humana en el entorno de trabajo. Para equilibrar las medidas de ahorro de energía a través de la renovación de fachadas verdes, cuatro criterios cualitativos sirven como base para la comodidad psicológica y física de los ocupantes, y se ha establecido su impacto en la productividad. Estos criterios son: el requisito de una temperatura del aire interior adecuada, la calidad del aire interior, la disponibilidad de luz natural para el desempeño psicológico de los usuarios y el control percibido sobre la fachada por una capa de vegetación en los lugares de trabajo. Finalmente, se introdujo un nuevo concepto de jardines verticales mediante la integración de la biología y la tecnología en la arquitectura, que puede resolver el problema de las condiciones climáticas y la escasez de agua en algunos climas, como los climas semiáridos, para la implementación de jardines verticales.