Sustainable density : form, built environment, energy = Densità sostenibile : forma, ambiente costruito, energia
Authors:   , Morganti Michele 
Published: October 2023

This research aims at exploring meanings, qualities and analytical abilities of density concept and its potential interpretations in architecture and sustainability fields. Despite the growing unsustainability of today's city facing an effective energy and environmental crisis, recent statistics have confirmed the increasing attractive power of metropolitan areas. Within the context of European compact city, new building models based on energy conservation principles account for an insignificant percentage compared to the great mass of existing city whose functioning remarkably affects the inefficiency of the whole metropolitan system. Therefore an approach determining design instruments and methods at urban and architectural scale must be found in order to set out conditions more appropriate to the compact city. At this analysis stage, the relationship between energy and form takes a central role in the variation of energy performances; at the same time the concept of density has showed the ability to describe the morphological performances of the built form. The general aim of the present research is to determine the relationships among built-form, energy and urban fabrics by the density parameter in compact city with Mediterranean climate. This research is composed by four interconnected parts. The first one examines the relationship among current urban and energy dynamics to comprehend the role and contribution of the building industry in the light of the scientific progress and the implementation of present operational and regulatory instruments. The second one investigates
role and evolution of the density concept as parameter, design instrument and basis of theoretical categories, especially referring to interactions with urban form and sustainability. In the third part the analytical and interpretative abilities of density are employed in order to prove the environmental implications and verify the existence of interactions among urban sustainability indicators and density. Finally, the fourth part enquires into the relationships among form, building, density and energy set up in the compact fabrics in Rome and Barcelona by models and simulations in order to control the main formal, building and energy factors parametrically. The influence of urban morphology, built-form and constructive features on solar access and energy demand for conditioning are shown by different density indicators that are the more suitable to express reliable trends. Firstly results point out that the contribution of the built environment to the complex energy issue arisen by metropolitan systems must be focused on the reduction of the demand - even before on the consumption and impact - operating with multi-scale instruments and methods for the transformation of existing city. The density has a preferred role in the relationship between sustainability and form thanks to its interpretative skills and meanings undertaken as theoretical and design category. At the metropolitan scale, urban quality indicators and density do not always show evident relationships with energy and environmental implications. Built-form typology and constructive features are the main factors that occur on energy performances variation of urban fabrics. The investigation of these kind of performances by density parameters leads to the comprehension of the different energy behavior in each urban texture, offering a contribution to the energy analysis at urban scale. Methodology and the defined parameters of density show themselves as knowledge base for aware transformations of Mediterranean compact city as well as applications in other urban contexts both for existing and new constructions.

La ricerca esplora significati, proprietà e capacità analitiche del concetto di densità e delle sue possibili interpretazioni nell’ambito dell’architettura e della sostenibilità. Il suo obiettivo è la determinazione di relazioni tra costruito, energia e forma dei tessuti urbani della città compatta mediterranea ricorrendo alla densità quale parametro utile a decifrarne le specificità. A dispetto della sempre maggiore insostenibilità della città odierna, di fronte alla crisi energetica ed ambientale in atto, recenti statistiche hanno confermato il crescente potere attrattivo delle aree metropolitane. Nel contesto della città compatta europea, i nuovi modelli insediativi basati su principi di risparmio energetico rappresentano una percentuale insignificante rispetto alla città esistente che, nel funzionare, incide notevolmente sull’inefficienza dell’intero sistema metropolitano. In questo quadro, potrebbe essere risolutivo identificare un approccio che individui strumenti e metodi progettuali alla scala urbana piuttosto che a quella architettonica, utili a
definire condizioni più appropriate e realmente incisivi per la città compatta. Se riferito in primo luogo a tale scala il rapporto tra energia e forma assume un ruolo centrale sulla variazione delle prestazioni energetiche; allo stesso tempo il concetto di densità appare un’efficace strumento di analisi delle prestazioni morfologiche del costruito. La ricerca si compone di cinque parti. La prima analizza la condizione odierna delle dinamiche
urbane ed energetiche, per comprendere ruolo e contributo dell’edilizia alla luce dell’avanzamento del pensiero scientifico e degli strumenti operativi disponibili. La seconda affronta il significato e l’evoluzione del concetto di densità quale parametro di misura, strumento progettuale e fondamento teorico, facendo riferimento in particolare alle interazioni con la forma urbana e la sostenibilità. Nella terza si utilizzano le capacità
analitiche della densità per comprovare le implicazioni ambientali e verificare l’esistenza di leggi di dipendenza tra indicatori di sostenibilità urbana e densità. La quarta pone le basi per la comprensione delle relazioni tra densità ed energia alla scala urbana. La quinta parte, infine, indaga tali relazioni nei tessuti compatti di Roma e Barcellona declinandole in termini di caratteri formali e costruttivi, con l’ausilio di modellazioni e simulazioni strutturate allo scopo di controllare i corrispondenti fattori. S’illustra l’influenza di morfologia urbana e caratteri tipologico-costruttivi su guadagno solare e domanda energetica per riscaldamento e climatizzazione, individuando per mezzo di differenti definizioni d’indicatori di densità, i più adeguati ad esprimere con queste leggi di variazione affidabili. I risultati evidenziano che il contributo dell’edilizia alla complessa questione energetica posta dai sistemi metropolitani deve concentrarsi sulla riduzione della domanda - ancor prima che su consumo e impatto - operando con strumenti e metodi interscalari per la trasformazione della città esistente. La densità ha un ruolo privilegiato nel rapporto forma-sostenibilità per capacità interpretative e significati assunti quale categoria teorica e progettuale. A scala metropolitana, indicatori di sostenibilità urbana e densità non sempre mostrano chiare relazioni con le implicazioni ambientali ed energetiche. Morfologia, tipologia e aspetti costruttivi sono i fattori che più
intervengono sulla variazione delle prestazioni energetiche dei tessuti urbani. Analizzarli mediante parametri di densità conduce alla comprensione del diverso comportamento energetico, fornendo un contributo agli strumenti d’indagine a scala urbana e favorendo una connotazione più efficiente del costruito riconducibile alla dimensione della densità sostenibile. Il metodo e gli strumenti individuati si offrono come base di conoscenza per
trasformazioni consapevoli della città compatta mediterranea

El presente estudio indaga significados, propiedad y capacidad analíticas del concepto de densidad y de su posible interpretación en el ámbito de la arquitectura y de la sostenibilidad. El principal objetivo es determinar las relaciones entre ambiente construido, energía y forma de los tejidos urbanos recurriendo a la densidad como parámetro útil para descifrar sus especificidades de la ciudad compacta mediterránea. A pesar de una siempre mayor insostenibilidad de la ciudad actual, frente a la crisis energética y ambiental en curso, estadísticas recientes han confirmado el creciente poder atractivo de las metrópolis. En el contexto de la ciudad europea, los modelos de asentamiento actuales, basados en principios de ahorro energético, constituyen un porcentaje insignificante frente a la ciudad existente que, funcionando, grava notablemente en consumo el sistema metropolitano. En esta situación, podría ser resolutivo identificar un acercamiento que identifique herramientas y métodos para el proyecto a escala urbana, que sean útiles para definir condiciones más apropiadas y sean realmente eficaces para la ciudad compacta. Si se refiere en primer lugar a dicha escala, la relación entre energía y forma asume una función central para la variabilidad de la prestación energética; al mismo tiempo el concepto de densidad parece una herramienta eficaz para analizar las prestaciones morfológicas del ambiente construido. La investigación se compone de cinco partes. La primera analiza las dinámicas urbanas y energéticas actuales, para entender capacidad y contribución de la construcción a la luz del avance del pensamiento científico y de las herramientas disponibles. La segunda trata el significado y la evolución del concepto de densidad como parámetro de medida, herramienta del proyecto y origen teórico de la arquitectura, con particular referencia a las interacciones con la forma urbana y la sostenibilidad. En la tercera se utilizan las capacidades analíticas de la densidad para comprobar las repercusiones ambientales y verificar la existencia de leyes de dependencia entre indicadores de sostenibilidad urbana y densidad. La cuarta explica las relaciones entre densidad y energía a la escala urbana. La quinta, finalmente, estudia estas relaciones en los tejidos compactos de Roma y Barcelona, explicándolas en función de forma i construcción, con el auxilio de modelos y simulaciones. Se muestra la influencia de la morfología urbana y las características tipológicas y constructivas sobre la captación solar y la demanda energética por calefacción y climatización, individualizando entre diferentes indicadores de densidad los más apropiados para representar tendencias fiables. Los resultados prueban que la contribución de la construcción a la compleja cuestión energética tiene que basarse en la reducción de la demanda - antes que del consumo y del impacto - utilizando herramientas y métodos multi-escalares para la transformación de la ciudad existente. La densidad tiene una función privilegiada en la relación forma-sostenibilidad que depende de sus capacidades analíticas y significados en calidad de categoría teórica y del proyecto. A escala metropolitana, los indicadores de sostenibilidad urbana y densidad no siempre muestran una relación clara con las repercusiones ambientales y energéticas. Morfología, tipología y aspectos constructivos son los factores que más influyen sobre la variación de la prestación energética de los tejidos urbanos. Analizarlos recurriendo a parámetros de densidad, lleva a entender el diferente comportamiento energético, contribuye a las investigaciones a escala urbana y favorece la eficiencia del ambiente construido, con lo cual se reconduce el análisis al concepto de densidad sostenible. La metodología y las herramientas individualizadas se ofrecen como base de conocimiento para orientar las transformaciones de la ciudad compacta mediterránea.