A multi-methodology and sustainability-supporting framework for implementation and assessment of a holistic building renovation

Future building renovation concerns more holistic perspectives related to the sustainability seen in a wider range of objectives/criteria facilitated by the renovation scenarios. Renovation should be a means of improving and developing buildings to meet the needs and challenges of the future and of making homeowners and tenants less vulnerable due to rising energy costs in the future. There is a great potential for reducing energy consumption in existing buildings. However, that does not mean compromising on the quality and architectural values that make the buildings special. Therefore, existing buildings cannot simply be renovated, but must undergo a deep transformation to comply with wider range of objectives/criteria. That includes and addresses the “hard” objectives/criteria (quantitative/measurable criteria such as energy consumption or energy generation) and the “soft” objectives/criteria (qualitative/immeasurable criteria such as spatial quality) in parallel. These objectives both can be achieved, if holistic renovation scenarios are generated each time the buildings are renovated by focus on addressing both the mentioned objectives/criteria. In this framework, the major difference between a deep building renovation and an ordinary one is a commitment to a holistic approach in which objectives/criteria are targeted early in the design stages and subsequently are considered for their interdependence throughout sustainability perspectives. A review of recent research has revealed that the present efforts on sustainable objectives fulfilment in renovation projects are not sufficient. It demonstrates compounding the typical challenges of a sustainable retrofitting from theory to implement stages is lack of an appropriate design methodology. It should take into account retrofitting projects initially in order to interact with the different stakeholders and then to embark on the sustainability objectives/criteria in its full sense. It should assist to identify, manage, and evaluate the holistic objectives among various alternative retrofitting solutions during the early design stages. In this perspective, the present thesis has been developed according to the following objectives: a) It primarily considers building renovation as a complex messy/wicked problem. As such, it gives details on how combinations of methods that are parts of SSM (Soft Systems Methodologies) and MCDM (Multi Criteria Decision Making Methods) are able to cope with its complexity. It consequently develops a methodology, which is entitled Holistic Multi-methodology for Building Renovation – HMSR. The HMSR serve as a means to structure retrofitting problems in accordance with the sustainability in its full sense to support the decision-making and help to develop most appropriate retrofitting scenarios. b) It addresses a new simplified holistic sustainability decision-making support framework, which applies to the structures of the built environment for building renovation projects. The developed framework can be applied during different project stages and to assist in the consideration of the sustainability issues through support of decision-making and communication with relevant stakeholders. It should be noted that, the framework can be considered not only as an abstract model but a bound method of planning and design as well as evaluating and comparing retrofitting projects. c) It investigates development of a Decision Support System - DSS for generating renovation scenarios with the aims to represent and navigate across existing dependencies. As such, the renovation sustainability objectives/criteria and the entire list of renovation approaches are discovered, explored and structured through development of a Domain Mapping Matrix - DMM. A major advantage of the DMM is in its compactness and ability to provide a systematic mapping among the items (represented in rows and columns) that is clear and easy to read regardless of size. It considers and demonstrates what the values are (sustainability objectives/criteria), how they can be created (application of renovation approaches), and where the value can be added by generation of the integrated renovation scenarios (use of the DMM) in renovation context. d) It expands a conceptual framework under the topic of Tectonic Sustainable Building Design (TSBD). The TSBD seeks for interaction between architecture, sustainability objectives and an equipped design process. It is therefore attached to the tectonics (refers to architectural theory), the sustainability (refers to the holistic objectives) and a holistic multi-methodology - HMSR (refers to the integrated design methodology). By focusing on TSBD thinking in the field of building renovation, one forms a strategy of establishing a link between the intentions embedded in the architectural transformation and the way these are perceived by the user/owner of the building. Once this is established, the framework is intended to serve as a platform for refining and improving the contemporary building industry seen in the light of sustainability, by supporting the decision-making in the development of holistic renovation scenarios. The research strategy employed in this thesis presents characteristics of two research types, namely the qualitative research approach, and the inter- or transdisciplinary research throughout mode 2. It therefore calls for an inductive research approach and involves an interpretive approach and comparative analysis to its subject matter. In order to enrich and validate the elements and principles of the above objectives, the thesis analyses 10 European renovation research projects, the Danish SIGMA database (by Molio ), as well as a case study linking to an ongoing renovation research project which is entitled RE-VALUE . The case study is Section 3 of Skovgårdsparken located in Brabrand, Denmark. It is a social housing complex (including nine blocks), and has been renovated by Brabrand Housing Association. The future of the research in this thesis concerns expanding of the TSBD framework for Building Design in general. That means move from building renovation to design of new buildings.

La ristrutturazione degli edifici in futuro dovrà essere condotta secondo una prospettiva più olistica legata alla sostenibilità vista in una più ampia gamma di obiettivi/criteri e facilitata dagli scenari di ristrutturazione possibili. La ristrutturazione degli edifici dovrebbe servire a migliorarne le performance al fine di soddisfare le esigenze degli utenti, rendendo questi ultimi meno vulnerabili in relazione ai futuri costi energetici. Vi è un grande potenziale per ridurre il consumo di energia negli edifici esistenti. Tuttavia, ciò non deve comprometterè i valori architettonici e di qualità che rendono particolari. Pertanto, non possono essere semplicemente rinnovati, ma devono subire una profonda trasformazione per rispettare una vasta gamma di obiettivi/criteri. Ciò conduce a perseguire in parallelo obiettivi/criteri "hard" (criteri quantitativi/misurabili, come il consumo di energia o la generazione di energia) e obiettivi/criteri "soft" (criteri qualitativi/non misurabili, come la qualità spaziale). Questi obiettivi possono essere raggiunti se vengono generati scenari di ristrutturazione olistici ogni volta che gli edifici vengono rinnovati, concentrando l'attenzione su entrambi gli obiettivi/criteri menzionati (“hard” e “soft”). In questo contesto, la principale differenza tra una ristrutturazione profonda ed una “ordinaria” consiste nell’adozione di un approccio olistico in cui gli obiettivi/criteri sono individuati sin dall'inizio delle fasi di progettazione e successivamente sono considerati per la loro interdipendenza attraverso un aproccio sostenibile. Recenti ricerche hanno rivelato che gli attuali sforzi non sono sufficienti per perseguire obiettivi sostenibili nei progetti di ristrutturazione edilizia. Ciò dimostra che la combinazione delle sfide tipiche di un retrofit sostenibile, dalla teoria alla fase di attuazione, manca di una metodologia di progettazione appropriata. Si dovrebbe prendere in considerazione inizialmente l'adeguamento dei progetti al fine di interagire con i diversi soggetti interessati e quindi perseguire pienamente gli obiettivi/criteri di sostenibilità. Si dovrebbe aiutare a identificare, gestire e valutare gli obiettivi olistici tra le varie alternative di retrofit durante le fasi iniziali di progettazione. In quest’ottica la presente tesi è stata sviluppata secondo i seguenti obiettivi: a) Considerare la ristrutturazione edilizia come un problema complesso.. In quanto tale, fornire dettagli su come combinando metodi ”soft” (Soft Systems Methodologies) e MCDM (Multi Criteria Decision Making Methods) si può essere in grado di far fronte alla sua complessità. Di conseguenza, sviluppare una metodologia, denominata “Multi-metodologia olistica per il rinnovamento delle costruzioni” - HMSR. L'HMSR è uno strumento che consente di strutturare i problemi di retrofit in conformità ai criteri di sostenibilità ,sostenendo il processo decisionale e contribuiendo a sviluppare scenari di retrofit più adeguati. b) Mettere a punto un nuovo quadro di supporto decisionale semplificato, sostenibile, olistico, che si applica alle strutture dell'ambiente costruito per progetti di ristrutturazione. Il quadro sviluppato può essere applicato in diverse fasi del progetto e contribuire alla considerazione delle questioni di sostenibilità attraverso il supporto del processo decisionale e della comunicazione con i soggetti interessati. Va notato che il quadro può essere considerato non solo come modello astratto, ma anche come metodo di progettazione, nonché per valutare e confrontare progetti di ristrutturazione. c) Esaminare lo sviluppo di un sistema di supporto decisionale - DSS per la generazione di scenari di ristrutturazione con l'obiettivo di rappresentare e identificare le dipendenze esistenti. Come tali, gli obiettivi/criteri di sostenibilità della ristrutturazione edilizia e l'intero elenco di approcci di ristrutturazione vengono esplorati e strutturati attraverso lo sviluppo di una “matrice di mappatura di dominio” - DMM. Il maggiore vantaggio del DMM consiste nella sua capacità di fornire una mappatura sistematizzata di voci (rappresentate da righe e colonne) chiare e facili da leggere, a meno della rispettiva dimensione. Essa considera e dimostra quali sono i valori (obiettivi/criteri di sostenibilità), come possono essere creati (applicazione di approcci di ristrutturazione) e dove il valore può essere aggiunto generando scenari di ristrutturazione integrati (utilizzo del DMM). d) Espandere un quadro concettuale nell'ambito del progetto “Tectonic Sustainable Building Design” (TSBD). Il TSBD persegue l'interazione tra architettura, obiettivi di sostenibilità e un processo di progettazione “attrezzato”. È quindi legato alla Tettonica (riferendosi alla teoria architettonica), alla sostenibilità (riferendosi agli obiettivi olistici) ed alla multi-metodologia olistica - HMSR (riferendosi alla metodologia di progettazione integrata). Focalizzandosi sulla TSBD nel campo della ristrutturazione edilizia è possibile definire una strategia che collega le intenzioni della trasformazione architettonica ed il modo in cui queste vengono percepite dall'utente/proprietario dell'edificio. Una volta stabilita la strategia, questa è destinata a servire da base per raffinare e migliorare l'industria dell'edilizia contemporanea vista alla luce della sostenibilità, sostenendo il processo decisionale nello sviluppo di scenari di ristrutturazione olistici. La strategia di ricerca impiegata in questa tesi presenta caratteristiche di due tipi: qualitativa e inter transdisciplinare. Richiede pertanto un approccio di ricerca induttivo e coinvolge un approccio interpretativo e un'analisi comparativa. Per arricchire e convalidare gli elementi e i principi degli obiettivi summenzionati, la tesi analizza 10 progetti europei di ricerca per la ristrutturazione, il database danese SIGMA (di Molio ), nonché un caso studio che collega un progetto di ricerca di ristrutturazione in corso, intitolato RE-VALUE . Il caso studio si riferisce alla sezione 3 di Skovgårdsparken situata a Brabrand, in Danimarca. È un complesso residenziale sociale (di nove blocchi) ed è stato ristrutturato da Brabrand Housing Association. Il futuro della ricerca condotta per l’elaborazione di questa tesi riguarderà l'espansione del quadro TSBD per la progettazione degli edifici in generale. Ciò significherà spostare l’attenzione dalla ristrutturazione degli edifici alla progettazione del nuovo.