Ο άνθρωπος με τις ενέργειές του είναι ο κύριος υπεύθυνος για την μεταβολή του περιβάλλοντος. Η υπερθέρμανση του πλανήτη, ως αποτέλεσμα του φαινομένου του θερμοκηπίου και η κλιματική αλλαγή με τα ακραία καιρικά φαινόμενα, είναι μόνο μερικές αλλά και σοβαρές επιπτώσεις της περιβαλλοντικής κρίσης που πλήττει σήμερα τον πλανήτη μας. Σημαντικό ρόλο στην αύξηση της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης κατέχει το δομημένο περιβάλλον. Τα κτήρια ευθύνονται για περίπου το 40% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας και το 30% των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου, αποτελώντας σημαντικό παράγοντα των περιβαλλοντικών προβλημάτων.

Η επιστημονική κοινότητα, αναπτύσσει συνεχώς εργαλεία καινοτομίας και εστιάζει σε νέες έρευνες προκειμένου να αντιμετωπίσει την περιβαλλοντική καταστροφή. Νέοι αρχιτέκτονες και σχεδιαστές προκειμένου να μειώσουν το ενεργειακό αποτύπωμα των κατασκευών και με γνώμονα την σημασία του αειφόρου σχεδιασμού, προσανατολίζονται όλο και περισσότερο σε φιλικές προς το περιβάλλον λύσεις.

Οι επιστήμονες, επικαλούμενοι τις νέες τεχνολογίες, στρέφονται στα σύγχρονα υπολογιστικά εργαλεία για την λήψη αποφάσεων, τόσο κατά τη διάρκεια, όσο και στα αρχικά στάδια της σχεδιαστικής διαδικασίας. Ο σχεδιασμός αποτελεί μια πολυεπίπεδη διαδικασία, με παραμέτρους που αφορούν τόσο στα μορφολογικά χαρακτηριστικά όσο και στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Έναντι των χειρωνακτικών και χρονοβόρων μεθόδων σχεδιασμού, τα υπολογιστικά εργαλεία προσφέρουν τη δυνατότητα αξιολόγησης ενός μεγάλου αριθμού εναλλακτικών σχεδιαστικών λύσεων, μειώνοντας το χρόνο σχεδιασμού.

Στη παρούσα ερευνητική εργασία, διερευνάται κατά πόσο τα εργαλεία βελτιστοποίησης και προσομοίωσης μπορούν να εξυπηρετήσουν την ανάγκη εύρεσης βιώσιμων σχεδιαστικών λύσεων στα πρώιμα στάδια του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού. Διερευνάται επίσης, το κατά πόσο η ευελιξία των εργαλείων αυτών συμβάλλει, στη πολύπλοκη και πολύπλευρη διαδικασία του σχεδιασμού, που απαιτεί τη συνύπαρξη πολλών και διαφορετικών παραγόντων για την εύρεση της βέλτιστης σχεδιαστικής λύσης.

Για τους σκοπούς της εργασίας, αναπτύχθηκε μια μέθοδος βελτιστοποίησης της κτηριακής μορφής μιας ισόγειας κατοικίας με στόχο τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης. Εκτελέστηκαν πειραματισμοί  που αφορούν τα γεωμετρικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά του κτηρίου μελέτης και στις τέσσερις κλιματικές ζώνες της Ελλάδας, όπως αυτές ορίζονται από την Τεχνική Οδηγία Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-1/2017. Τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την εκπόνηση της ερευνητικής εργασίας συγκεντρώνονται στο περιβάλλον τρισδιάστατης μοντελοποίησης του Rhinoceros3D, σε συνδυασμό με το υπολογιστικό περιβάλλον του γραφικού αλγοριθμικού επεξεργαστή Grasshopper. Για την βελτιστοποίηση χρησιμοποιήθηκε το αρθρωτό πρόγραμμα (plug-in) Galapagos, σε συνδυασμό με  τα αρθρωτά προγράμματα LadybugTools.(Ladybug& Honeybee). Για την ενεργειακή προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε επίσης η μηχανή EnergyPlus.