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Der Klimawandel stellt eine der größten Herausforderungen der aktuellen Zeit dar. Um die globale Erwärmung zu begrenzen, ist eine deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen erforderlich. Dies muss auch im Gebäudesektor erfolgen. In Deutschland lassen sich auf diesen 34 % des gesamten Endenergieverbrauchs und 28 % der CO2-Emissionen zurückführen. Um den Heiz- und Kühlenergiebedarf von Gebäuden möglichst umweltschonend sicherzustellen, ist es erforderlich, dass Gebäude mit ihrer Umgebung als eine Einheit betrachtet werden. Neben einem hohen Dämmniveau und einer möglichst luftdichten Ausführung der Gebäudehülle bedarf es dazu einer effizienten Anlagentechnik. Ziel dieser ist es, einen möglichst großen Anteil der erforderlichen Energie aus der Umwelt zu gewinnen und einzuspeichern, wenn diese in ausreichender Menge und auf dem erforderlichen Temperaturniveau zur Verfügung steht und abzugeben, wenn diese zur Beheizung oder Kühlung des Gebäudes benötigt wird. Bei der Entwicklung solcher Gebäudegesamtsysteme ist es sinnvoll, die einzelnen Komponenten und deren Zusammenspiel über Simulationsprogramme zu modellieren. Auf diese Weise lässt sich die Funktion und Effizienz der Systeme untersuchen und bewerten. Aus diesem Grund wurde ein auf Latentwärmespeichern und Peltier-Wärmetauschern basierender Ansatz für ein neuartiges Gebäudegesamtsystem experimentell und simulativ untersucht. Die vorliegende Arbeit beschreibt die an einzelnen Komponenten durchgeführten Versuche im Labor sowie in einem Versuchsgebäude. Anhand der gewonnenen Messwerte erfolgt anschließend aufgeteilt in ein Teilsystem zur Kühlung und ein Teilsystem zur Beheizung die Modellierung des Systems über das Gebäudesimulationsprogramm TRNSYS. Um die Funktions-weise der untersuchten Latentwärmespeicher und die Steuerung des Gesamtsystems abzubilden, wurde in TRNSYS der Type62 verwendet. Es stellte sich heraus, dass sich dieser sehr gut eignet, um Messdaten in die Simulation zu implementieren, physikalische Prozesse abzubilden sowie um Algorithmen zur Steuerung des Systems zu programmieren. Auf diese Weise ließen sich für das neuartige Gebäudegesamtsystem das Zusammenspiel der einzelnen Technologien, der Deckungsanteil am Jahresenergiebedarf sowie die Energieeffizienz analysieren. Beim Teilsystem zur Kühlung wurden darüber hinaus die thermische Behaglichkeit sowie die Auswirkungen, die sich bei einer Holzrahmenbauweise und einem extrem warmen Testreferenzjahr ergeben, untersucht. Die entwickelten Simulationsmodelle ermöglichen es, Randbedingungen sowie die Dimensionierung einzelner Komponenten zu variieren oder die Steuerungstechnik zu erweitern. Auch besteht die Möglichkeit weitere Technologien mit einzubinden, um deren Effekt auf die Leistungsfähigkeit und Effizienz des Gesamtsystems zu untersuchen. Optimierungspotential besteht beim Teilsystem zur Kühlung darin, weitere prädiktive Steuerungsalgorithmen zu hinterlegen, um die Betriebszeiten der Anlage und somit auch den Stromverbrauch zu reduzieren. more...

Durch den rasanten technologischen Fortschritt im Bauwesen werden ständig neue Methoden des Innenausbaus erfunden. Dazu zählt auch das Abgrenzen der verschiedenen Räumlichkeiten, mit nicht tragenden Zwischenwänden im Bereich der Wohn- und Bürobauten. Um den heutzutage wichtigen bauphysikalischen Anforderungen nachzukommen hat sich der Bau von Trennwänden in Trockenbauform entwickelt. Diese Bauweise hat sich als eine sehr schnelle, kostengünstige und einfache Methode für die Trennung von Räumen erwiesen. Es stellt sich nun die Frage, ob der Trockenbau im Vergleich zu den früher üblichen Trennvarianten, im Hinblick auf ihre bauphysikalischen Eigenschaften wirklich die überlegene Bauweise ist. In dieser wissenschaftlichen Arbeit wird mit Hilfe von einigen Beispielen versucht zu zeigen, dass dies der Fall ist und die Wahl des Trockenbausystems im Innenausbau sich lohnt. Es wird im Zuge dieser Arbeit festgestellt, dass Trockenbauwände grundsätzlich eine bessere Performance aufweisen, wenn es um Wärme-, Feuchte- und Schallschutz geht, jedoch Einbußen beim Brandschutz erleiden. Mit diesem Ergebnis ist zwar nicht vollständig beweisbar, dass die neuwertigen Trennwände den älteren überlegen sind, jedoch gibt es die Möglichkeit die Trockenbauwände, durch zweifache oder dreifache Beplankung effizienter zu gestalten. Dies führt dazu, dass mit nur wenig Aufwand viel bessere Eigenschaften erreicht werden können. Because of the fast-pacing technological advance in building engineering, many new methods of interior construction are getting invented. This also includes the partitioning of different premises with non-load-bearing partition walls within home and office buildings. In order to meet today’s important building physics requirements, the construction of partition walls in dry construction has developed. This technique has proven itself as a very fast, cost effective and easy method of dividing rooms compared to the previously common ones. The appearing question given to the circumstances is if dry construction is superior to other techniques, considering their building physics attributes. With the help of some examples, this scientific work tries to confirm that this is the case and the choice of the dry construction system in interior construction is worthwhile. The usage of drywalls will be proven to generally perform better if it comes to thermal, moisture and acoustic insulation but will suffer losses in fire protection. With such results there is no clear evidence for the new partition wall technique being more proficient than the old ones, but with dry construction there is additional possibilities like double or triple planking to make them more efficient. This offers a prospect of reaching way better results in attributes with only few additional effort. more...

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung ausgewählter bauphysikalischer Eigenschaften von Lehmbaustoffen in ihrer Reinform verglichen zu solchen mit Additiven und Beschichtungen mit dem Ziel der Verwendung in Trockenbaustoffen wie Lehm- und Trockenputzplatten. Im Detail handelt es sich um die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit in Anlehnung an die DIN EN 12664 nach dem Heizdrahtverfahren, des Wasserdampfdiffusionswiderstandes nach der DIN EN ISO 12572 sowie des Ab- und Adsorptionsverhaltens nach den DIN EN ISO 12571 und DIN 18948. Im Sinne der Nachhaltigkeit soll eine Basis zur Entwicklung eines natürlichen Baustoffes geschaffen werden, welcher möglichst ressourcenschonend hergestellt werden kann und in seinem gesamten Lebenszyklus nach dem Cradle-to-Cradle-Prinzip recyclebar ist. Im Rahmen der durchgeführten Versuche wurden Probekörper in unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellt, nach dem dynamischen Verdichtungsverfahren mittels Procotorverdichtungsgerät verdichtet und entsprechend den Normvorgaben bis zur Massekonstanz konditioniert. Als Ausgangsmaterial wurde S&L Lehmfeinputz 0/2 herangezogen. Die verwendeten Additive, in concreto Holzfasern, Löschkalk und Kasein, wurden der Lehmmischung in jeweils drei unterschiedlichen Masseanteilen beigemengt. Kaliwasserglas, Carnaubawachs und Filz wurden einseitig auf die Probekörperoberfläche angebracht. Durch die Kombination von Lehm mit gelochtem Filz kann das Sorptionsverhalten gegenüber den Referenzprobekörpern signifikant gesteigert werden. Im Fall der Absorption zeigt sich bei den Sorptionsisothermen eine Erhöhung von 25%. Bei der Prüfung des wärmetechnischen Verhaltens zeigt sich für Filz ein um das Sechsfache erhöhter Wärmedurchlasswiderstand. Beim Sorptions- bzw. Desorptionsverhalten zeigt sich, dass alle Probekörper Feuchte schneller abgeben als sie über den selben Zeitraum aufnehmen. Die beigemengten Additive führen gesamtheitlich zu einer Verringerung der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl. Die Probekörper mit Kalk zeigen dabei die größte Reduktion im Ausmaß von 24%. Demgegenüber wirken sich die Beschichtungen Kaliwasserglas und Carnaubawachs in einer Größenordnung von ca. 10% erhöhend aus. Die Wärmeleitfähigkeit wird durch die Zugabe der verwendeten Additive ebenso verringert. Für Löschkalk und Kasein ergeben sich die größten Abweichungen im Rahmen von 35–45%. Die dem Lehm zugesprochenen feuchteregulierenden Eigenschaften können durch den Verbund von Lehm mit gelochtem Filz deutlich gesteigert werden. Um die Oberfläche von Lehmbaustoffen zu stabilisieren, stellt Carnaubawachs eine gute Alternative zu Wasserglas dar. Für die Verwendung von Löschkalk ist es im Hinblick auf eine zukünftige Forschung jedenfalls sinnvoll, dem Lehm zusätzliche materialoptimierende Komponenten beizufügen, um dem augenscheinlich spröden Materialverhalten entgegenzuwirken., This diploma thesis focuses on the investigation of certain selected building physical properties of clay building materials in their pure form compared to those with additives and coatings, with the aim of using them in dry building materials such as clay panels and dry plaster panels. This involves the determination of thermal conductivity based on DIN EN 12664 according to the hot wire process, water vapor diffusion resistance according to DIN EN ISO 12572 and the sorption behavior according to DIN EN ISO 12571 and DIN 18948. In terms of sustainability a basis for the development of a natural building material should be created. The natural building material should be produced as resource-efficiently as possible and should be recyclable throughout its entire life cycle according to the cradle-to-cradle principle. Within the tests, test specimen in different compositions were produced, compacted according the dynamic compaction method with a Proctor compaction device and conditioned to constant weight according to the norm requirements. S&L clay fine plaster 0/2 was used as raw material. The used additives, concretely wood fibers, slaked lime and casein, were added to the clay mixture in three different mass fractions. Potassium water glass, carnauba wax and felt were added to the test specimen surface on one side. Due to the combination of clay with perforated felt, the sorption behavior significantly increase compared to the reference specimen. In case of absorption, the sorption isotherms show an increase of about 25%. During the examination in terms of thermal behavior felt showes a sixfold increase in thermal resistance. For the sorption and desorption behavior all test specimen show that they emitted moisture faster than they can absorb over the same period of time. The added additives lead to an overall reduction in the water vapor diffusion resistance factor. The test specimen with lime show the largest reduction of 24%. In contrast, the coatings of potassium water glass and carnauba wax have an increasing effect of approximately 10%. The added additives also lead to a reduction of thermal conductivity. For slaked lime and casein, the largest deviations are in the range from 35–45%.The moisture regulating qualities of the clay increase significantly in combination with perforated felt. In order to stabilize the surface of clay building materials, carnauba wax is a good alternative to water glass. In any case, especially with regards to future research, for the usage of slaked lime adding additional material optimizing components to the clay prove necessary to improve the apparent brittle behavior of the material. more...

Die vorliegende Masterarbeit – „Mehrgeschossiger Holzbau als zukunftsweisende Antwort für den urbanen Wohnbau. Die Gegenüberstellung der Brettsperrholz- und Holzrahmenbauweise auf Basis einer entwickelten Kriterienmatrix beruhend auf ausgewählten Designparametern“ – behandelt den mehrgeschossigen Holzwohnbau und die Gegenüberstellung der Brettsperrholz- und Holzrahmenbauweise. Das Ziel ist es, die beiden Bauweisen anhand einer entwickelten Kriterienmatrix beruhend auf ausgewählten Einflussgrößen gegenüberzustellen und einer Bewertung durch sechs facheinschlägige Experten zu unterziehen. Dabei lässt sich die Methodik der Arbeit in den auf Recherchen beruhenden und den empirischen bzw. analytischen Teil aufteilen. Die aus sechs Kapiteln bestehende Arbeit leitet zunächst mit einem ethischen Exkurs im Hinblick auf das Verständnis und die Verantwortung von Architektur ein. Anschließend folgen der aktuelle Status des mehrgeschossigen Holzbaus in Österreich und der historische Einblick in die Baugeschichte von Holz bis hin zu den gegenwärtigen Holzbauweisen, welche die Brücke zum Hauptteil legen. Dieser setzt sich aus den Ausführungen zu den wesentlichen Anforderungen bzw. Einflussgrößen des mehrgeschossigen Holzbaus, der Gegenüberstellung der Brettsperrholz- und Holzrahmenbauweise auf Basis der zuvor behandelten Anforderungen und der Bewertungsmatrix sowie der aus der Bewertung durch Fachpersonen hervorgehenden Auswertung der Ergebnisse zusammen. Der Schlussteil beinhaltet die Diskussion der Ergebnisse und die Behandlung der wissenschaftlichen Fragestellung. Die aus der Bewertungsmatrix hervorgehenden Ergebnisse decken sich in weiten Teilen mit den recherchierten Informationen aus den Kapiteln zuvor. Demnach stechen bei der Brettsperrholzbauweise die Kriterien Tragsystem und Ästhetik als positiv bewertet hervor, während bei der Holzrahmenbauweise die Kriterien Nachhaltige Dämmstoffe und Herstellungsprozess besonders hervorzuheben sind. Als planungsrelevantestes bzw. negativstes Kriterium hat sich sowohl bei der Brettsperrholz- als auch bei der Holzrahmenbauweise der Brandschutz herausgestellt, welcher in allen Bereichen den höchsten Wert darstellt. This master's thesis - "Multi-storey timber construction as a forward-looking answer for urban housing. The comparison of cross laminated timber and timber frame construction on the basis of a developed criteria matrix based on selected design parameters" - deals with the design assessment of multi-storey timber housing by comparing cross laminated timber and timber frame construction or so-called timber panels. For this scope, a criteria matrix has been developed based on selected influencing variables or parameters, which have been discussed and evaluated by six experts in the field. The research design of this work is based on a theoretical part that serves as foundation for the empirical or analytical part. The work, which consists of six chapters, begins with an ethical excursus on the understanding and responsibility of architecture. This is followed by the analysis of the state of the art of multi-storey timber construction in Austria, including a historical insight into the building history of timber up to the current timber construction methods. This leads to the main section of the work, which consists of the description of the essential requirements and influencing factors by designing multi-storey timber constructions. Cross laminated timber and timber frame construction are here compared on the basis of the previously discussed requirements and the matrix, which has been developed based on the evaluation of the experts. At the end of the work, the results and research questions are discussed. The selected parameters of the evaluation matrix largely correspond to the previous literature review. According to this, the criteria of load-bearing structure and aesthetics stand out as positively evaluated in the case of cross laminated timber construction, while the criteria of sustainable insulation materials and manufacturing process are particularly noteworthy in the case of timber frame construction. The most relevant and negative criteria in planning with both cross laminated timber and timber frame construction is fire protection, which was scored with the highest value. Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2022 more...

Die Architektur befindet sich an der Schnittstelle zwischen Baukunst und Technik. Sie wird in der Regel als künstlerische Disziplin gelehrt, fundierte Kenntnis der Technik bilden aber immer die Grundlage. Doch genau mit diesem Fundament haben einige Studierende – je nach Vorbildung und persönlicher Neigung – manchmal Schwierigkeiten. Die im Rahmen von ALWINE entwickelten Lernbausteine stellen ein zusätzliches Mosaiksteinchen im Lehr- und Lernangebot an der School of Architecture Bremen dar. Studierenden profitieren von der Möglichkeit, das in Vorlesungen vermittel- tete und in Übungen angewandte Wissen in ihrem eigenen Tempo und Rhythmus eigenständig zu wiederholen und damit besser nachzuvollziehen. 32 more...

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird auf die Relevanz der thermischen Sanierung als Beitrag zum Klimaschutz eingegangen. Es werden die Möglichkeiten, als auch die Notwendigkeit, in diesem Bereich aufgezeigt. Hierfür wurde speziell ein Vergleich zwischen den Dämmstoffen EPS und Hanf, bei der Gebäudesanierung, gezogen. Diese Gegenüberstellung dient zur Beurteilung, ob Hanf eine geeignete Alternative bei der Sanierung darstellen kann und umfasst dabei ökologische, ökonomische und bauphysikalische Aspekte. Im ersten Verlauf der Arbeit wird auf die bauphysikalischen Unterschiede der zwei Dämmstoffe eingegangen, damit ihre Vor- und Nachteile in den jeweiligen Bereichen aufgezeigt werden. Darauffolgend werden die Herstellungsprozesse, die Anwendungsbereiche sowie deren Entsorgungsmöglichkeiten nach ihrer Nutzungszeit analysiert. Im späteren Teil werden anhand eines Bestandsobjektes der 1950er bis 1960er Jahre zwei Sanierungslösungen, mit Anforderung an den Passivhaus-Standard, bewertet. Hierbei wird der Unterschied zwischen den Dämmstoffen EPS und Hanf, anhand der zielgesetzten Aspekte, im Bereich der Außenwand analysiert. Das Resultat wird abschließend im letzten Kapitel präsentiert und veranschaulicht die gewonnen Erkenntnisse dieser Bachelorarbeit. The relevance of thermal refurbishment as a contribution to climate protection is being discussed in this bachelor thesis. The possibilities, as well as the necessity, in this sector are pointed out. A comparison was made between the insulating materials EPS and hemp when being used in building renovation. This comparison serves as an evaluation whether hemp can be a suitable alternative in the renovation process of older buildings and includes ecological, economic and building physics aspects. In the first part, the differences between the two insulating materials in terms of building physics are discussed, so that their advantages and disadvantages in the respective sectors can be demonstrated. This is followed by an analysis of their manufacturing processes, the areas of application and their disposal options after their due date. On the basis of an existing building from the 1950s to 1960s, two renovation options, with requirements for the passive house standard, are evaluated. The difference between the insulating materials EPS and hemp, based on the targeted aspects, was analyzed in the area of the exterior wall. The results are presented in the last chapter. Additionally, the findings of this bachelor thesis are illustrated and the research question is being answered. more...

Durch die industrielle Revolution hat sich der Fertigungsprozess vom händisch produzierten Einzelstück zu in Massen in Fabriken produzierten Objekten verändert. Dies gilt jedoch nicht für die Errichtung von Bauwerken. Noch immer werden diese größtenteils als teure Prototypen errichtet. Durch den Klimawandel und seine Auswirkungen und den hohen Anteil der Bauindustrie am Weltweiten CO2 Ausstoß bietet sich Holz als nachwachsender Baustoff, welcher CO2 auf natürliche Weise binden kann, an. Derzeit werden die technologischen Möglichkeiten, welche die CAD Planung und die CNC Produktion bieten, nicht maximal ausgenützt.Deshalb ist in dieser Diplomarbeit ein Holzfertigteilbausystem entwickelt worden. Dabei können aus einer Anzahl bestimmter Einzelteile variabel Architekturen erzeugt werden. Die Probleme, welche bei der Tragwerksplanung, der Bauphysik, der Montage und des Hochbaus entstehen, sind gelöst worden.Um die Funktionsweise der einzelnen Bauteile zu überprüfen, ist ein Wohnbau in Wien geplant worden.Die Umstände, unter denen ein solches System sinnvoll ist, können Gegebenheiten sein, die es notwendig machen, möglichst rasch Wohnraum zu bauen. Dazu gehören rasch wachsende Gesellschaften oder durch Kriege oder Umweltkatastrophen zerstörte Gebiete. Weites bietet ein solches System die Möglichkeit einer hohen Wohnqualität zu erschwinglichen Preisen., The industrial revolution changed the manufacturing process from hand-made one-offs to mass-produced objects in factories. However, this does not apply to the construction of buildings. Most of these are still built as expensive prototypes. Due to climate change and its effects and the high share of the construction industry in global CO2 emissions, wood offers itself as a renewable building material, which can bind CO2 in a natural way. At present, the technological possibilities offered by CAD planning and CNC production are not fully exploited.Therefore, a prefabricated wooden construction system was developed in this diploma thesis. Variable architectures can be created from a number of specific individual parts. The problems that arose with the structural design, building physics, assembly and building construction have been solved.In order to check the functionality of the individual components, a residential building was planned in Vienna.The circumstances which make such a system sensible can be situations that make it necessary to build housing as quickly as possible. These include rapidly growing societies or areas destroyed by wars or environmental disasters. Such a system offers high quality of living at affordable prices. more...

Klimagerechtes Bauen gewinnt durch den Klimawandel und die Ressourcenverknappung immer mehr an Bedeutung. Traditionelle Wohngebäude werden oft als vorbildliche, klimagerechte Bauweisen beschrieben. Diese pauschale Bewertung erfolgt jedoch meist ohne Angabe einer Begründung oder objektiver Kriterien und wird aktuell kritisch diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher eine Methode entwickelt, um Wohngebäude im Kontext der zeitlichen und lokalen Randbedingungen hinsichtlich der klimagerechten Bauweise quantitativ zu bewerten. Hierfür werden zunächst adäquate Zielgrößen diskutiert und eine neue Größe eingeführt, um die thermische Behaglichkeit in einem Raum über einen definierten Zeitraum zu quantifizieren. Der methodische Ansatz zur Bewertung basiert auf Regressionsanalysen, die mittels der Ergebnisse hygrothermischer Simulationen zu einem Prognosemodell führen. Eine anschließende Klassifikation ordnet das Ergebnis ein. Die Anwendung der Methode erfolgt abschließend an ausgewählten vernakularen Wohngebäuden der römischen Antike, um die grundlegende Fragestellung zu diskutieren, ob diese Gebäude in Anbetracht der damaligen technischen Möglichkeiten klimagerecht waren. more...

Jede Person weiß, dass man Bauteile vor Feuchte schützen muss, egal ob Fachplaner*in oder Privatperson. Ein großer Bereich ist die Dampfdiffusion, welche bereits in der Planung bedacht werden und der Bauteil an die Anforderungen angepasst werden muss. Doch welche Anforderungen sind dies, an welchen Stellschrauben kann man drehen und was hat es eigentlich mit dem Glaser-Diagramm auf sich, welches man immer wieder hört? Diese und weitere Fragen werden in dieser Masterarbeit beschrieben und erläutert. So sind Berechnungen nun nach der Ö-Norm B8110-2:2020 möglich, in welcher verschiedene Nachweisverfahren wie nachweisfreie Konstruktionen, vereinfachte Verfahren oder hygrothermische Simulationen beschrieben und Zusammenhänge, sowie deren Entwicklung der letzten Jahre beleuchtet werden. Die breite Normenlandschaft wird hier zusammengefasst und die Beziehungen eben dieser zueinander beschrieben. Abgerundet wird diese theoretische Arbeit mit praktischen Anleitungen zur selbstständigen Berechnung, sowie Vergleichen von 243 Berechnungen aus der alten und der neuen Norm. Da diese Berechnungen natürlich nicht händisch vollzogen werden, wurde auch eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Nutzung der Dampfdiffusionsberechnung in ArchiPHYSIK beigefügt. Mit dieser Arbeit können Sie bereits in Kürze selbstständig alle Dampfdiffusionsnachweise selbstständig führen und mit Fachwissen glänzen. It is widely known that building materials need to be protected against humidity. A key aspect is steam diffusion which is to be included in the planning process leading to adaptions in material properties suitable for the requirements of the application. This paper details said requirements, possible parameters to be adapted as well as the Glaser-diagramm. Calculations are based on ASI-Standard B8110-2:2020 now. Varying modes of proof, as well as proofless constructions, simplified processes or hygrothermic simulations are the basis for this paper, leading to a comprehensible paper containing explanations, context, relevant connections and cross-research as well as recent advancements in research. This is to be concluded by applied calculation-guides as well as juxtapositioning of 243 examples from the old to the new standard. Calculations are done in ArchiPHYSIK. Therefore, a step-by-step guide for steam-diffusion-simulation in said program is also contained within this paper. Using this paper the avid reader is able to apply this knowledge autonomously and shine with his/her understanding of the subject. vorgelegt von: Patrick Schopfhauser Auch als Printexemplar in der Bibliothek verfügbar Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2021 more...

Die Themen Nachhaltigkeit und Ökologie sind allgegenwärtig, jedoch kommen überwiegend bei der Produktion von Dämmstoffen begrenzte Rohstoffe wie bei-spielsweise Erdöl zur Anwendung. Synthetisch hergestellte Dämmprodukte können einen hohen ökologischen Fußabdruck hinterlassen. Nachwachsende Rohstoffe bieten hingegen eine nachhaltigere Alternative. Jene können derzeit jedoch nicht in allen Dämmbereichen zur Verwendung kommen, da diese bei bestimmten Thematiken nicht die notwendigen bautechnischen Anforderungen erfüllen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und mit synthetischen Dämmstoffen im Hinblick auf die Bauphysik und Ökologie verglichen. Die Analyse stellt fest, in welchen Bereichen der Einsatz von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen sich als sinnhaft erweist. Die Gegenüberstellung bezieht sich meist auf Polystyroldämmstoffe, da diese eine sehr häufige Verwendung finden. The topics of sustainability and ecology are omnipresent, but limited raw materials such as petroleum are predominantly used in the production of insulation materials. Synthetically produced insulation products can leave a high ecological footprint. Renewable raw materials, on the other hand, offer a more sustainable alternative. However, these cannot currently be used in all insulation areas, as they do not meet the necessary construction requirements for certain themes. In the context of this work, insulating materials made from renewable raw materials are compared with synthetic insulating materials in terms of building physics and ecology. The analysis determines in which areas the use of insulating materials made from renewable raw materials proves to be useful. The comparison mostly refers to polystyrene insulating materials, since these are used very frequently. more...

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der hygrothermischen Analyse von realen Bauteilen als Nachweisführung nach ÖNORM B8110-2:2020. Die feuchtetechnische Eignung von Bauteilen kann durch verschiedene Nachweis-Verfahren belegt werden. In dieser Arbeit wird die Anwendbarkeit des Nachweisverfahrens durch hygrothermische Simulation nach der ÖNORM B8110-2:2020 Abschnitt 10 analysiert. Neben den feuchtetechnischen Grundlagen werden auch die normativen Grundlagen und Regelwerke näher betrachtet. Mithilfe von zwei realen Bauteilen wird die Anwendbarkeit des Nachweisverfahrens nach Abschnitt 10 durch Varianten simuliert und in Hinblick auf die erforderlichen Randbedingungen untersucht. Ebenfalls wird der Einfluss der Ergebnisse aufgrund von Anpassungen der Rahmenbedingungen im Rahmen der normativen Möglichkeiten analysiert. This thesis deals with the hygrothermal analysis of real components as verification according to ÖNORM B8110-2: 2020. The moisture-related suitability of components can be proven by various verification methods. In this thesis, the applicability of the verification method through hygrothermal simulation according to ÖNORM B8110-2: 2020 Section 10 is analyzed. In addition to the basic principles of moisture technology, the normative principles and regulations are also examined in more detail. With the help of two real components, the applicability of the verification method according to section 10 is simulated by variants and examined with regard to the necessary boundary conditions. The influence of the results due to adjustments to the framework conditions is also analyzed within the framework of the normative possibilities. Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2021 more...

Die vorliegende Arbeit mit dem Titel „Thermische Gebäudesimulation - Vergleich von Nutzungsszenarien in internationalen Normen und Richtlinien mit Optimierungsvorschlägen“ behandelt im Kern den Vergleich von unterschiedlichen Regelwerken im bauphysikalischen Bereich der Energieeffizienz von Gebäuden. Um ein grundlegendes Verständnis zu sichern, wird zunächst der Unterschied zwischen normalen statischen Berechnungen und Simulationen erklärt und näher erläutert. Daraufhin wird ein Einblick in die unterschiedlichen Energiebedarfe gegeben sowie die wichtigsten bauphysikalischen Begriffe und Kenngrößen des sommerlichen und winterlichen Wärmeschutzes. Das darauffolgende Kapitel beschreibt die Grundfunktionen der thermischen Gebäudesimulation und den rechnerischen Hintergrund der unterschiedlichen Teilmodelle. Als vorletztes Kapitel wird dann auf die wissenschaftliche Fragestellung eingegangen, wo die behandelten Regelwerke auf unterschiedliche Kriterien geprüft und verglichen werden. Das letzte Kapitel bildet das Fazit dieser Arbeit. Gewonnene Erkenntnisse sowie Optimierungsvorschläge zählen zum Inhalt. The present thesis entitled "Thermal Building Simulation - Comparison of Usage Scenarios in International Standards and Guidelines with Optimization Proposals" essentially deals with the comparison of different sets of rules in the building physics area regarding energy efficiency of buildings. In order to gain a basic understanding concerning this topic, the difference between normal static calculations and simulations will be explained in close detail at the very beginning. Thereupon an insight is given into the different energy requirements as well as the most important building physics terms and parameters of summer and winter thermal insulation. The following chapter describes the basic functions of thermal building simulation and the mathematical background of the different sub-models. The penultimate chapter then deals with the scientific question, where the regulations dealt with are checked and compared against different criteria. The final chapter is the conclusion of this work. Insights gained and suggestions for optimization are part of the content. more...

Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Studentenheimes in Wien. Hierbei werden zunächst die allgemeinen Fakten zum Thema Studieren und Wohnen genauer beleuchtet. Durch eine Umfrage wird ein Nutzerprofil erstellt, welches einen guten Überblick über die Anforderungen der Studenten gegenüber ihren vier Wänden geben wird. Darauffolgend wird der ausgewählte Bauplatz hinsichtlich seines Standortes sowie der baulichen Richtlinien analysiert, um so eine Basis für den darauffolgenden Entwurf zu bilden. Dieser beinhaltet, neben den sich aus der Recherche ergebenden Fakten, Überlegungen zu den Themen soziale und ökologische Nachhaltigkeit. Dadurch entstehen gut durchdachte Detaillösungen, welche durch die Ausstellung eines Energieausweises nochmals optimiert wird. Zuletzt werden die genannten Punkte nochmals analysiert und ein Fazit gebildet. The following project deals with the development of a student dormitory in Vienna. First of all, the general facts about studying and living will be examined in more detail. Through a survey, a user profile will be created, which will give a good overview of the students' requirements towards their four walls. Subsequently, the selected building site will be analyzed with regard to its location and the structural guidelines in order to form a basis for the subsequent design. This includes, in addition to the facts resulting from the research, considerations on the topics of social and environmental sustainability. This results in well thought-out detailed solutions, which are further optimized by the issuance of an energy certificate. Finally, the points mentioned will be analyzed again and a conclusion will be formed. vorgelegt von: Teresa Katharina Hausmann Auch als Printexemplar in der Bibliothek verfügbar Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2021 more...

Während der Gründerzeit entstand in Wien auf Grund der gesellschaftlichen Entwicklungen eine Vielzahl an Wohnhäusern. Diese Gründerzeit-Zinshäuser prägen das Wiener Stadtbild und haben einen wesentlichen Stellenwert in der Immobilienbranche. Im Laufe der Zeit erfordern auch diese Gebäude eine fachkundige Behandlung, um weiterhin einen zufriedenstellenden Wohnkomfort bieten zu können. Durch eine Revitalisierung kann der Bestand ganzheitlich modernisiert und das Potential jedes Gründerzeit-Zinshauses genutzt werden. Aus technischer Sicht vereinen sich dabei zwei Disziplinen des Bauingenieurwesens. Zum einen das Bauen im Bestand und zum anderen der Dachgeschossneubau als Erweiterung der Bestandsobjekte. Bei der technischen Verwirklichung von Revitalisierungen spielt die Bauphysik eine entscheidende Rolle. Von Projektstart bis hin zur Nachbehandlung jeder Revitalisierung gilt es bauphysikalische Herausforderungen zu erkennen und rechtzeitig die richtigen Maßnahmen zu setzen, um das Schadensrisiko auf ein Mindestmaß zu begrenzen und den Wohnkomfort bzw. die Behaglichkeit der Nutzerinnen und Nutzer zu erhöhen. Wie im Projektablauf die Umsetzung von qualitätssichernden Maßnahmen zum Wärmeschutz und der Energieeffizienz, dem Schallschutz, dem Feuchte- und Kondensatschutz und nicht zuletzt der Sommertauglichkeit sichergestellt werden kann, ist Ergebnis des Bauphysikmanagements für Gründerzeithausrevitalisierungen. During the founders‘ era in Vienna the number of residential buildings increased due to the social development of the city. These founders‘ style residential buildings shape the Viennese cityscape and have a certain status in the real estate industry. Over time, these buildings afford expert treatment to provide a certain, representative living comfort. Revitalizations makes it possible to modernize the buildings and to use the potential of every founders‘ residential building. From a technical point of view, two disciplines of civil engineering come together. On the one hand building with the existing components and on the other hand the attic expansion as an extension of the existing properties. Building physics plays a main role in the realization of Revitalizations. From the very project-start to the posttreatment, it is very useful to recognize building physics questions early to be able to take the right action on time. How to manage the quality-controlling for heat protection and energy efficiency, sound insulation, moisture and condensate protection and for overheating for every project, is the result of the building physics management for the Revitalization of founders‘ buildings. vorgelegt von: Safet Gül Auch als Printexemplar verfügbar Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2020 more...

Das Ziel dieser Arbeit ist es zunächst einen Einblick in das Thema Flachdächer zu verschaffen, genauer gesagt soll die Frage beantwortet werden, wieso es mit der Zeit an Bedeutung gewonnen hat und heute immer mehr Gebäude mit dieser Bauweise bevorzugt werden. Dazu wird zunächst auf die Konstruktion und dann auch noch genauer auf die Aufbauten und deren Bestandteile eingegangen werden. Weil zuerst verstanden werden muss, wie so ein Flachdach unter Berücksichtigung aller Aspekte, wie der bauphysikalischen, funktionieren können. Zwei Themen der Bauphysik sind hier sehr wichtig und dürfen nie außer Acht gelassen werden, deswegen nehmen sie einen wichtigen Teil im dieser wissenschaftlichen Arbeit ein, nämlich der Wärme- und Feuchteschutz, welche die Hülle des Daches ergeben. In weiterer Folge wird auf die Ausführungen sowie alle Problemstellungen eingegangen werden, die sich bei einem Flachdach ergeben können, um im Folgenden die Lösungsvorschläge darzubieten. Im Wesentlichen befasst sich die Arbeit mit dem Warmdach und dem Umkehrdach im Stahlbetonbau, da diese am häufigsten ausgeführt werden. Bei eintreten von Schäden auf Dächern oder Terrassen soll aufgrund der richtigen Methodenwahl zur Schadenermittlung mit dem Einbeziehen der Hintergründe, wie das passieren konnte, auch die richtige Wahl der Sanierung getroffen werden. Dabei dürfen wichtige Kriterien wie, Wirtschaftlichkeit und Aufwand, aber vorangestellt auch die Qualität der durchgeführten Sanierung, nicht außer Acht gelassen werden. Da es natürlich mehrere Methoden hierfür zur Auswahl gibt, werden diese am Ende der Arbeit miteinander verglichen, um die bestmögliche Wahl zu treffen. The aim of this work is to give an insight into the topic of flat roofs, more specifically, to answer the question, why it has gained in importance over the time and why today more and more buildings are preferred with this kind of construction method. Therefor it starts with the construction and then continuing more specifically on to the structures and their components. First it has to be understood how such a flat roof can work in consideration of all aspects, such as building physics. Two topics of building physics are very important here and must never be ignored, that is why they have an important part in this scientific work. It is the heat insulation and protection against moisture, which create the shell of the roof. Furthermore, going into more detail on the development and all problems that may arise in a flat roof, in order to present the proposed solutions. Essentially, it will be concentrated on the warm roof and the inverted roof in reinforced concrete constructions, as these are the most commonly used. If damage occurs on roofs or terraces, the right choice of remediation should be made on the basis of the correct choice of method for assessing the damage by including the backgrounds, as to how this could happen. However, important criteria such as cost-efficiency and effort, but also the quality of the renovation carried out, must not be ignored. As there are of course several methods to choose from, they are compared at the end of the work to make the best possible choice. more...

Lehm ist einer der bauphysikalisch und ökologisch vielseitigsten Baustoffe, die wir auf unserer Erde zur Verfügung haben. Neben seiner großen Wärmespeicherfähigkeit und den sehr guten akustischen und schalltechnischen Eigenschaften hat Lehm vor allem gegenüber Wasser ein beeindruckendes Verhalten. Bereits vor rund 9000 Jahren kannten die Menschen den richtigen Umgang mit dem sensiblen und äußerst vielseitigen Rohstoff. So wurde er schon damals als Baustoff für die Wohngebäude der Menschen verwendet, hauptsächlich als verdichteter Bodenbelag, aber auch zum Errichten von Mauern bzw. als Mörtel, der die Steine fixieren soll. Später wurde er überwiegend in ländlichen Gegenden auf Bauernhöfen oder auch in Kleinstädten bei typischen Fachwerksgebäuden eingesetzt. Im heutigen Zeitalter der Ziegel- und Betonbauwerke ist selbst an abgeschiedenen Orten Österreichs, an denen traditionelle Architektur vorrangig ist, nicht an den Einsatz von Lehm zu denken. Heute ist es schwer, sowohl für Architekten als auch für Bauherren, zu nachhaltigen Baustoffen wie Lehm zurückzukehren. Mit dieser Arbeit werden die Bedeu-tung und das Entwicklungspotenzial von Lehm in der modernen österreichischen Architektur analysiert. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage: „Welche Bedeutung und Entwicklung hat Lehm, hinsichtlich seiner bauphysikalischen und ökologischen Eigenschaften, in der modernen österreichischen Architektur?“ Zu Beginn wird die allgemeine Zusammensetzung beschrieben und die bauphysikalischen und ökologischen Eigenschaften von Lehm erläutert. Danach werden die momentane Situation in der modernen österreichischen Architektur sowie die Einsatzbereiche von Lehmbaustoffen analysiert und die verschiedenen Lehmbauteile vorgestellt. Mithilfe von gebauten Beispielen werden die verschiedenen Anwendungsbereiche von Lehm veranschaulicht. Als Abschluss wird eine Einschätzung zur Weiterentwicklung von Lehm als modernen Baustoff in Österreich gegeben. Clay is one of the physical and ecological most useful building materials that we have on our planet. In addition to its high thermal capacity and its very good acoustic and sound properties, clay has an incredibly impressive behavior, especially its behave towards water. Already in prehistoric times, people knew about the correct handling of the sensitive and extremely versatile material. It was already used as a building material for residential buildings of the people, mainly as compacted flooring, but also to build walls or as a mortar to fix stones. Later it was mainly used on farms in rural areas or in typical half-timbered buildings in small cities. In today's age of brick and concrete structures, even in remote places of Austria, where traditional architecture is a priority, it is not possible to think of the use of clay. Today, it is difficult for both - architects and builders - to return to sustainable building materials such as clay. This work analyzes the significance and development potential of clay in modern Austrian architecture. This thesis deals with the question: "What significance and development has clay, in terms of its physical and ecological properties, in modern Austrian architecture?" At the beginning the general composition of clay is described and the physical and ecological properties are explained. Afterwards, the current situation in modern Austrian architecture and the application of clay materials will be analyzed, further the various clay components are presented. Using built-in examples, the usage of clay and the various areas of application are illustrated. The conclusion is an assessment of the further development of clay as a modern building material in Austria. more...

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Vermittlung technischer Inhalte in der Architekturausbildung. Im Rahmen eines internationalen Projektes ("Integrative Multidisciplinary People-centered Architectural Qualification & Training") soll ein innovativer Zugang zur Architekturausbildung angestrebt werden. Innerhalb dieses dreij��hrigen, von dem Erasmus+ Programm der europ��ischen Union kofinanzierten Projektes wird ein integratives, multidisziplin��res und technisch hoch-qualifiziertes Curriculum entwickelt. Bautechnische Inhalte und Geb��udeperformance Evaluierungen sind in den meisten Architekturstudien bereits integriert. Nichtsdestotrotz wird in einem ersten Schritt eine umfassende Hintergrundrecherche und Bestandsaufnahme (Gap Analysis) der Architekturausbildung durchgef��hrt. Innerhalb dieser Gap Analysis sind unterschiedliche Ansichten und Meinungen sowohl von Studierenden als auch von Lehrenden und demzufolge Defizite ausgewertet und Verbesserungspotentiale aufgezeigt worden. Um den Anforderungen in der Praxis der Architektur und Stadtplanung gerecht zu werden, zielt das Curriculum auf eine enge Vernetzung zwischen sozialen, urbanistischen und technischen Aspekten ab. Ein Konsortium angesehener Partner unterschiedlicher Fachdisziplinen (Architecture and Urban Design, Structural and Construction Systems, Building Physics and Building Ecology, Human Behavior) aus Europa und ��gypten setzen dieses Vorhaben auf mehreren Ebenen um. In diesem Zusammenhang zeigt die Diplomarbeit zun��chst eine kurze Zusammenfassung der Resultate der zuvor genannten Gap Analysis. Des weiteren wird die Entwicklung des f��nfj��hrigen Curriculums besprochen und im Speziellen die Sequenz der darin integrierten technischen Inhalte beschrieben. Insbesondere sollen der Aufbau und Inhalt des Building Performance Simulation Kurses eine bedeutende Rolle innerhalb der technischen Kurssequenz einnehmen. Der Einsatz von Geb��udesimulation w��hrend des Entwurfsprozesses gibt den Studenten die M��glichkeit, die Performance eines Geb��udes bereits in fr��hen Entwurfsphasen zu evaluieren., This master thesis presents an effort towards integrating building technology content in architectural education. The effort is being undertaken within the framework of an international project targeting improvement in architectural education ("Integrative Multidisciplinary People-centered Architectural Qualification & Training"). This three-year project is funded by the Erasmus+ Programme of the European Union and aims to educate architects capable of initiating a paradigm shift toward a more integrative, multidisciplinary, people-centered, and technologically agile professional profile. Aspects of building technology in general and building performance assessment in particular are of course entailed in most architectural schools' curricula. Nonetheless, the background research of previous efforts and the preparatory work (gap analysis) for the development of a curricular proposal, which included views and opinions from both students and faculty of multiple schools, point to a number of shortcomings in this area. The present curricular development effort intends to address some of these shortcomings. Thus, natural and human sciences, aided by information and communication technologies, are deployed in a context-sensitive manner to encounter the challenges associated with sustainable human settlements. A consortium of expert partners in their fields of specialization (Architecture and Urban Design, Structural and Construction Systems, Building Physics and Building Ecology, Human Behavior) from Europe and Egypt came together to realize this vision. In this context, the present thesis first provides a summary representation of the results of the aforementioned gap analysis. Subsequently, the focus lies in the development of a building performance track. The sequence of the components of this track is explained in detail, along with its relationship to the curriculum's other thematic tracks. Specifically, the intellectual underpinnings of the structure and content of the building performance simulation course projected to acquire a special strategic position within the building performance track is explained. A performance-based design workflow would enable architecture students to approach design as an iterative process to balance energy and carbon reduction targets with indoor environmental quality objectives. more...

Aufgrund globaler Erw��rmung und zeitgen��ssischer Architektur, welche viel Glas und Leichtbau verwendet, ist die Problematik der sommerlichen ��berw��rmung von R��umen allgegenw��rtig. Es gibt ein vereinfachtes Verfahren der ��Norm B 8110-3, das f��r Sommertauglichkeitsnachweise in ��sterreich ��berwiegend eingesetzt wird. Dieses f��hrt jedoch aufgrund des vereinfachten Berechnungsansatzes zu keiner ausreichenden Planungssicherheit und ist somit von realistischeren Ergebnissen und M��glichkeiten thermischer Geb��udesimulationsprogramme weit entfernt. Geb��udesimulationsprogramme sind aber in der Regel in ihrer Handhabung zu komplex und aufw��ndig, um ArchitektInnen beim Entwurfsprozess zu unterst��tzen. Viele Planungsentscheidungen, die in fr��hesten Planungsphasen getro en werden, haben einen wesentlichen Einuss auf das sommerliche Temperaturverhalten des Geb��udes und k��nnen nachtr��glich kaum oder nur mit erh��htem Aufwand ge��ndert werden. Die ��berlegungen zum klimagerechten Bauen sollten also bereits in der Entwurfsphase stattnden. Den ArchitektInnen fehlen dazu aber vor allem f��r den Sommerfall geeignete und einfach zu bedienende Werkzeuge. Intendiertes Ziel ist es demnach, ein allgemein zug��ngliches, intuitives Online Tool mit einer selbsterkl��renden, spielerisch zu handhabenden Programmober��che zu entwickeln, welches mit keinem Mehraufwand gegen��ber einem vereinfachten Verfahren verbunden ist, jedoch zu realit��tsnahen Ergebnissen f��hrt. Den ArchitektInnen soll es so auf einfache Weise erm��glicht werden, hinsichtlich des sommerlichen Geb��udeverhaltens einen optimierten Entwurf zu entwickeln. Im Hintergrund werden bauphysikalisch korrekte Ergebnisse anhand einer thermisch dynamischen Geb��udesimulation erzeugt, basierend auf der periodisch eingeschwungenen Berechnungsart im Frequenzbereich. Durch diese speziell f��r die Fragestellung der hochsommerlichen Raumtemperatur bestens geeignete Methode k��nnen Ergebnisse in Echtzeit erhalten werden und z��gig verschiedene Varianten ��berpr��ft werden. ��berdies werden in der Arbeit wichtige Grundlagen wie z. B. zur W��rmespeicherf��higkeit erl��utert und diskutiert, um oft vorherrschende Missverst��ndnisse zu beseitigen. Es werden zudem verschiedene Methoden zur Bewertung der Sommertauglichkeit verglichen, sowie Programme, die diese Methoden implementiert haben, vorgestellt. Des Weiteren werden Validierungen ausgew��hlter thermisch dynamischer Geb��udesimulationsprogramme anhand der europ��ischen Norm 13791 pr��sentiert., Due to global warming and contemporary architecture, which uses a lot of glass and lightweight constructions, the problem of summerly overheating of rooms is ubiquitous. There is a simplied method according to the Standard B 8110-3, which is predominantly used for assessing the summerly heat protection in Austria. However, due to the simplied calculation approach, no good planning reliability can be assured and is thus far from the more realistic results and possibilities of thermal dynamic building simulation programs. On the other hand building simulation programs are usually too complex and time-consuming to support architects in the design process. Many planning decisions, which are made in early planning phases, have signicant inuence on the summerly behaviour of the building and can hardly be changed afterwards or just with increased eort. Considerations regarding climate-friendly building should thus already take place in the design phase. Again, it is problematic that architects lack tools for evaluating the summerly heat protection that can be used easily. Hence the goal is to develop a generally accessible, intuitive online tool with a self-explanatory, playful interface that is not based on a simpli ed calculation method, but generates realistic results. The architects will then be easily enabled to develop optimized designs regarding the summerly heat protection. In the background, physically correct results are generated by means of a thermodynamic building simulation, based on a periodically settled calculation method in the frequency domain. Thanks to this method, which is especially suitable for the question of midsummer room temperatures, results can be obtained in real time and dierent variants can be analysed quickly. Moreover, important aspects such as heat storage capacity are discussed, in order to eliminate often prevailing misunderstandings. In addition, various methods for assessing the summer suitability are compared, as well as programs are presented that implement these methods. Furthermore, validations of selected thermodynamically building simulation programs are presented using the European Standard 13791. more...

This research intends to be a contribution in fostering the interdisciplinary work on climate and energy issues with focus on buildings explicitly located in urban areas. It seeks to explore the link between urban and building physics to characterize the interdependences between outdoor and indoor climate and the impact on the resulting energy demand of buildings. The work addresses two key issues: First, it aims to understand how urban microclimates evolve hence focuses on identifying the part of responsibility urban and building thermo-physical attributes have in modifying the urban energy balance fluxes, surface and air temperatures as well as the formation of canopy heat and cool islands. Secondly, it assesses the consequences of these modified urban energetics and thermal conditions on the energy performance of buildings subject to these boundary conditions. The research method relies on numerical modelling for its speed and versatility, and combines four components: i) the Town Energy Balance Model TEB for the urban microclimate prediction, with ii) the non-stationary building energy model TRNSYS for simulating the thermal behaviour indoors and the resultant energy demands for ensuring thermal comfort, iii) the statistical design of experiments method DOE for handling the complexity of the task by providing systematic exploration plans, and iv) additionally the GIS techniques, applied to a spatially extended real city for the pre-processing, post-processing and mapping of urban climate and energy demand results. The work consists of two complementary parts with different objects of study. PART I deals with theory-based urban office buildings and PART II addresses the city of Stuttgart as real case study. Both investigated objects are located at a European mid-latitude for which representative boundary climates are utilized. For the theoretical office buildings, a test reference year (TRY12, Mannheim) of the German weather services DWD is used. For Stuttgart, long-term weather recordings for 10 years (2003 - 2012) are available for use. For comparison purposes regarding the influence of the climate type, additional calculations are carried out for the Mediterranean and warm location of Algiers. In PART I, extensive parameter studies (including sensitivity analyses) are conducted with the aim of exploring the mechanisms underlying the formation of urban microclimates. Decisive urban and building thermo-physical indicators are varied. Urban canyon-like structures with various solar orientations are simulated. Building constructive features including window ratio, thermal insulation, thermal inertia, in addition to the shortwave albedo and longwave emissivity as radiative surface properties are investigated. The effects of further settings related to the building use and operation are also checked. The target key metrics are the energy balance fluxes at the canyon facets, the surface and air temperatures within the canyon, as well as the resulting indoor energy demands for heating, cooling, lighting and ventilation. For comparison, the building simulations are run under standard and urban climate conditions in order to isolate the role of the urban microclimate on the energy demands. The results are discussed for the building as a whole as well as for the floors and façade’s orientation with reference to the view factor implied by the urban canyon vertical profile. PART II employs the same investigation method using Stuttgart city as case study. The focus of the calculations is placed on the possibly highest spatial resolution downscaled to the single building. Using 2D and 3D city maps and further statistics about the buildings, thermally relevant indicators for buildings and city blocks are calculated by means of GIS. The peculiarity of this approach draws on the generic and abstracting modelling of the thermally relevant properties of the buildings instead of describing them using their real physical attributes. On the one hand, this procedure enables the feasibility of the task in keeping the processing time manageable. On the other hand, it allows for subsequent transferability of the results using statistically determined mathematical models. This work confirms the importance of all investigated variables and provides a hierarchical quantification of their influence on both urban microclimate and building energy demands. In particular, the anthropogenic heat, the canyon geometry, and the thermal inertia appeared to have evident effects on the magnitudes and the time course of the warming or cooling of the canyon air. Under urban microclimate conditions, the cooling increases owing to dominating canopy heat island effects, whereas the heating demand mostly decreased for the same reason. The building simulations in PART I show that the effect of the microclimate is highest in the case of thermally weak insulated building envelope with largely glazed façades. The massive construction also appears to be more advantageous than the lightweight construction. For the simulation settings assumed, the useful energy demand under urban microclimate conditions for heating and lighting decreases, whereas the energy demand for cooling and ventilation increases in comparison to standard climate conditions. The reduced sky view at street level affects negatively the energy demand for heating and lighting because of the diminished potentials for solar and daylight potentials, whereas the need for cooling and ventilation are reduced. In total, lower floors are disadvantaged in comparison to upper floors. The comparison with the Mediterranean climate shows similar energetic behaviour outdoors as well as indoors regarding the relevance and effects of the investigated variables. However, the daily cycle and magnitude of the urban microclimate changes are different. Indoors, the share between heating and cooling are reversed, leading to a different pattern of the total energy demand. The investigation of real conditions at Stuttgart city reveals a number of challenges. For time processing reasons, the extensive results about the urban microclimates must be reduced to a few climate clusters in order to be used in the subsequent building simulations. Moreover, the accurate modelling of the city structure and buildings is partly hindered by the lack of detailed row data, even though it is technically possible. Nevertheless, the comparison of the calculated energy demands against recorded consumption data for heating shows good agreement and confirm thereby the pertinence and practicality of the generic modelling applied. Finally, this research demonstrated the suitability of combining TEB, TRNSYS, DOE and GIS in handling these interdisciplinary tasks. However, it also points out the necessity of developing an integral urban – building energy model for improving the prediction accuracy and reducing the time costs. The first milestone of such a model in form of TEB version for use within the TRNSYS environment is presented in this work. The so-called TEB – Type 201 solves numerous practical issues and improves the user friendliness and processing capabilities of the original TEB. The synchronised urban – building energy model in outlook must include the feedback loop between indoor and outdoor microclimate via the shared building envelope at each time step, thereby implementing an interdisciplinary approach, which will bring substantial knowledge from urban climatology and building science operationally together., Die vorliegende Arbeit ist in erster Linie durch den Entschluss motiviert eine Verbindung zwischen Stadt- und Gebäudemaßstäbe in Bezug auf Klima und Energiefragen durch eine interdisziplinäre Vorgehensweise herzustellen. Bestehende Fachkenntnisse der Stadtbauphysik und Bauphysik werden kombiniert, um die Zusammenhänge zwischen Außen- und Innenraumklima besser verstehen und quantifizieren zu können. Die Arbeit befasst sich mit zwei Zielsetzungen: Im ersten Schritt sollen die Prozesse hinter der Entstehung von städtischen Mikroklimata ermittelt werden. Der Schwerpunkt liegt darin, die Rolle thermo-physikalischer Attribute von Gebäuden und Stadtstrukturen bei der Veränderung der urbanen Energiebilanz, der Oberflächen- und Lufttemperaturen und somit der Mechanismen zur Bildung von urbanen Wärmeinseln bzw. Kühlinseln zu identifizieren. Im zweiten Schritt werden die Konsequenzen dieser modifizierten thermischen Situation auf das energetische Verhalten von Gebäuden untersucht, die diesen Randbedingungen unterliegen. Die Forschungsmethode beruht auf der numerischen Modellierung, motiviert durch ihre Geschwindigkeit und Vielseitigkeit und kombiniert folgende Komponenten: i) Das Stadtklimamodell TEB für die städtische Mikroklimaprognose mit dem ii) dynamischen Gebäudeenergiemodell TRNSYS zur Simulation des thermischen Verhaltens im Innenraumbereich und des daraus resultierenden Energiebedarfs zur Gewährleistung des thermischen Komforts, iii) die statistische Versuchsplanung DOE für die Handhabung der Komplexität der Aufgabe durch die Bereitstellung von systematischen Untersuchungsplänen und iv) ergänzend die GIS-Techniken, für die Anwendung an einer räumlich ausgedehnten realen Stadt, für die Vorverarbeitung von Ausgangsdaten, Nachbearbeitung und Kartierung von Rechenergebnissen der urbanen Mikroklimata und Gebäudeenergie bedarfswerten. Die Arbeit gliedert sich in zwei komplementäre Abschnitte (PART I und PART II) mit verschiedenen Untersuchungsobjekten. PART I beschäftigt sich mit theoriebasierten Bürogebäuden und PART II setzt sich mit der Stadt Stuttgart als reales Untersuchungsobjekt auseinander. Beide Studienobjekte liegen in einer mitteleuropäischen geographischen Breite und werden anhand repräsentativer Klimadaten untersucht. Bei den theoriebasierten Bürogebäuden wird ein Testreferenzjahr des Deutschen Wetterdienstes (TRY12, Mannheim) angenommen. Für Stuttgart liegen langjährige meteorologische Messdaten über 10 Jahre (2003 – 2012) vor. Für Vergleichszwecke werden in PART I zusätzliche Berechnungen für die Mittelmeerlage Algiers als Warmklimaregion durchgeführt. In PART I werden umfangreiche Parameterstudien (einschließlich Sensitivitätsanalysen) mit dem Ziel, die zugrundeliegenden Mechanismen der Bildung von urbanen Mikroklimata zu untersuchen, durchgeführt. Für die städtische Umgebung und das Gebäude werden wichtige thermophysikalisch relevante Indikatoren variiert. Straßenschluchtstrukturen mit verschiedenen Höhen-Breiten-Verhältnissen und Himmelsausrichtungen werden simuliert. Gebäudebezogen werden Fensterflächenanteil, Wärmedämmung, Bauart sowie die Reflektions- und Emissionsgrade als Oberflächenstrahlungseigenschaften untersucht. Zielgrößen sind die an den Canyon-Oberflächen bestehenden Energie- und Wärmeflüsse, die Oberflächen- und Lufttemperaturen, sowie der Nutzenergiebedarf im Innenraum für Heizen, Kühlen, Beleuchten und Belüften. Vergleichend werden die Simulationen in TRNSYS sowohl mit als auch ohne Einfluss des städtischen Mikroklimas durchgeführt, um dessen Einfluss zu quantifizieren. Die Ergebnisse werden einerseits für das Gebäude als Ganzes erörtert, anderseits durch die Differenzierung von Geschossen und Himmelsausrichtungen genauer unterschieden. PART II beschäftigt sich, mittels derselben Untersuchungsmethodik, mit dem großflächigen Kerngebiert der Stadt Stuttgart. Der Fokus der Berechnungen wird auf die höchstmögliche räumliche Auflösung bis hin zu den Einzelgebäuden gelegt. Anhand von 2D und 3D Stadtkarten und weiteren statistischen Gebäudedaten werden thermisch relevante Indikatoren für Einzelgebäude und für Baublöcke mit GIS-Techniken berechnet. Die Besonderheit dieses Ansatzes besteht darin auf eine abstrahierende Modellierung der Gebäude zurückzugreifen, ohne sie mit ihren tatsächlichen physikalischen Eigenschaften beschreiben zu müssen. Dies ermöglicht einerseits den Zeitaufwand für Vorbereitung, Bearbeitung und Auswertung zu minimieren und somit die Durchführbarkeit der Aufgaben zu gewährleisten und andererseits nachträglich die Ergebnisse mit Hilfe von statistisch ermittelten mathematischen Modellen zu übertragen. Schlussfolgernd bestätigt diese Arbeit die Bedeutung aller untersuchten Variablen und stellt eine hierarchische Quantifizierung ihres Einflusses auf das städtische Mikroklima und den Energiebedarf auf Gebäudeebene dar. Insbesondere die Variablen anthropogene Wärme, das Höhe-Breite-Verhältnis einer Straße und die thermische Trägheit der Gebäudehülle - gegeben durch ihre Bauart - zeigen klare Auswirkungen auf die Erwärmung oder Abkühlung der Luft im Canyon-Volumen. Unter Berücksichtigung des urbanen Mikroklimas ergibt sich ein größerer Nutzkältebedarf der Gebäude aufgrund der Wärmeinseleinflüsse, während der Heizwärmebedarf im Vergleich aus demselben Grund kleiner wird. Die Gebäudesimulationen im PART I zeigen, dass der Einfluss des Mikroklimas im Falle einer schlecht gedämmten und großzügig verglasten Gebäudehülle am Größten ist. Auch die massive Bauart erweist sich vorteilhafter bezüglich des Energiebedarfes als die Leichtbauart. Für die angenommenen Simulationseinstellungen, nimmt der Nutzenergiebedarf für Heizen und Beleuchten im Vergleich zu Standard Klimarandbedingungen ab, während der Nutzenergiebedarf für Kühlen und Belüften zunimmt,. Die teils eingeschränkte Himmelsicht auf Straßenniveau beeinflusst, aufgrund der reduzierten Sonnen- und Tageslichtpotenziale, den Nutzenergiebedarf für Heizen und Kühlen negativ, während der Nutzkälte- und Lüftungsbedarf weniger werden. Demzufolge sind insgesamt Geschosse auf Straßenniveau gegenüber den oberen Geschossen benachteiligt. Der Vergleich mit dem Mittelmeerklima zeigt in Bezug auf die Relevanz und Auswirkungen die untersuchten Parameter ähnliche energetische Verhalten sowohl Außen- als auch Innen. Allerdings ist der Tagesverlauf und Größenordnung der Mikroklimatischen Änderungen unterschiedlich. Im Innenraum, ist der Anteil zwischen Heizen und Kühlen umgekehrt, welches zu verschiedenen Gesamtnutzenergiemuster führt. Die Untersuchung einer realen Stadt zeigt einige Herausforderungen. Es müssen die umfangreichen Ergebnisse zum Stadtklima Stuttgart aus Rechenzeitgründen auf wenige repräsentative räumlich differenzierte Klimacluster reduziert werden, um sie zur Gebäudesimulation nutzen zu können. Ebenso ist eine genaue Modellierung der Stadtstruktur und der Gebäude, trotz technischer Möglichkeiten, aufgrund des Mangels an genaueren Rohdaten nicht vollständig realisierbar. Trotzdem erweist der Vergleich der errechneten Heizwärmebedarfswerte gegenüber den aufgezeichneten Verbrauchsdaten eine gute Übereinstimmung und bestätigt damit eindeutig die Relevanz und Anwendbarkeit der erarbeiteten generischen Methode. Abschließend belegt diese Forschungsarbeit die Tauglichkeit der Verknüpfung zwischen TEB, TRNSYS, DOE und GIS bei der Abwicklung der definierten Aufgaben. Sie weist allerdings auch auf die Notwendigkeit hin, ein integrales städtebauliches Energiemodell zur Verbesserung der Klima- und Energieprognose im Bauwesen und zur Reduzierung des Zeitaufwandes zu entwickeln. Der erste Meilenstein eines solchen Modells wird in dieser Arbeit in Form eines eingebetteten TEB in der TRNSYS-Umgebung namens TEB-Type 201 vorgestellt, welches die Benutzerfreundlichkeit und die Verarbeitungsmöglichkeiten des ursprünglichen TEB verbessert. Noch weiterzuentwickeln ist die Rückkopplungsschleife an der Schnittstelle der Gebäudehülle, zwischen Innen- und Außenraum, um die synchrone Simulation zu jedem Rechenzeitpunkt zu ermöglichen. Damit wird einen interdisziplinären Ansatz geschaffen, der die Fachkenntnisse aus der Stadtklimatologie und Bauphysik operationell verbindet. more...