Date
2023Metadata
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Dissertation
Auswirkungen klimatischer Veränderungen auf die Überhitzung von Gebäuden und Empfehlungen zur Begrenzung sommerlicher Übertemperaturen
Abstract
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Identifikation von Auswirkungen sommerklimatischer Veränderungen auf Gebäude infolge des Klimawandels. Einleitend werden physikalische und klimatologische Hintergründe erläutert. Darauf aufbauend sind relevante Aspekte der in Deutschland angewendeten normativen Bewertung sommerlicher Raumüberhitzungen beschrieben. Diese Aspekte formieren die Grundlage der weiterführenden Untersuchungen von Überhitzungserscheinungen im Raum.
Die Basis für diese weiterführenden Untersuchungen bilden aktuelle Testreferenzjahre (TRY) des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Diese TRY-Daten liegen im Jahr 2017 (TRY 2017 zusammenfassend für TRY 2015 und 2045) im 1 km²-Raster flächendeckend für das Bundesgebiet vor. Zunächst werden diese vor dem Hintergrund der Verwendbarkeit in thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen miteinander, mit messtechnisch gewonnenen und mit bisher verwendeten Daten verglichen und bewertet. Es werden alle jährlichen (mittleren) TRY in verschiedenen räumlichen Skalen hinsichtlich relevanter Kenngrößen für sommerliche Überhitzungen dargestellt und verglichen. Da die Datenmenge mit ca. 700.000 TRY sehr groß ist, werden dafür statistische Methoden angewendet. Es wird gezeigt, dass die Klimadaten der TRY 2017 im mesoklimatischen Maßstab für die Verwendbarkeit in Simulationsrechnungen herangezogen werden können. Hingegen ist die Anwendung des mikroklimatischen 1 km²-Rasters nicht für alle bauphysikalischen Fragestellungen geeignet.
Neben den Vergleichen und Bewertungen der Klimadaten in purer Form werden diese im Sinne einer Raumantwort mit thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen ausgewertet. Dazu werden alle TRY mit dem Simulationsprogramm HAUSer aufgegriffen und deren sommerklimatische Auswirkungen im Raum mit einem statistischen Verfahren bewertet. Die Bewertungen ergeben für die TRY 2015 eine gute Übereinstimmung mit den zurzeit normativ verwendeten Sommerklima-TRY 2010. Für die zunehmend relevanteren TRY 2045 können aus dem Klimawandel resultierende Auswirkungen auf sommerliche Raumüberhitzungen identifiziert werden. Die Verteilungen der Klimadaten ergeben zwei weitere Klimakarten. Diese enthalten jeweils eine zusätzliche Sommerklimaregion C+, welche Regionen kennzeichnet, die außergewöhnlich warm sind.
Es wird eine Methodik vorgestellt, mit der mikroklimatisch differenzierte Bewertungen sommerlicher Überhitzungen möglich sind. Der dazu notwendige Bewertungsmaßstab ist an die jeweiligen TRY gekoppelt. Mit dieser Methodik wird der Weg zur Anwendung von mikroklimatisch aufgelösten TRY-Klimadaten geebnet. Die Methodik wird auf mehrere Simulationsreihen angewendet, welche gegenüberstellend diskutiert werden. Es sind Vorschläge enthalten, um zwischen den messtechnisch gewonnenen und den prognostizierten TRY-Daten eine ausgleichende Bewertung zu erhalten. Mithilfe der vorgestellten Methodik werden besonders heiße Städte gekennzeichnet.
Die Basis für diese weiterführenden Untersuchungen bilden aktuelle Testreferenzjahre (TRY) des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Diese TRY-Daten liegen im Jahr 2017 (TRY 2017 zusammenfassend für TRY 2015 und 2045) im 1 km²-Raster flächendeckend für das Bundesgebiet vor. Zunächst werden diese vor dem Hintergrund der Verwendbarkeit in thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen miteinander, mit messtechnisch gewonnenen und mit bisher verwendeten Daten verglichen und bewertet. Es werden alle jährlichen (mittleren) TRY in verschiedenen räumlichen Skalen hinsichtlich relevanter Kenngrößen für sommerliche Überhitzungen dargestellt und verglichen. Da die Datenmenge mit ca. 700.000 TRY sehr groß ist, werden dafür statistische Methoden angewendet. Es wird gezeigt, dass die Klimadaten der TRY 2017 im mesoklimatischen Maßstab für die Verwendbarkeit in Simulationsrechnungen herangezogen werden können. Hingegen ist die Anwendung des mikroklimatischen 1 km²-Rasters nicht für alle bauphysikalischen Fragestellungen geeignet.
Neben den Vergleichen und Bewertungen der Klimadaten in purer Form werden diese im Sinne einer Raumantwort mit thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen ausgewertet. Dazu werden alle TRY mit dem Simulationsprogramm HAUSer aufgegriffen und deren sommerklimatische Auswirkungen im Raum mit einem statistischen Verfahren bewertet. Die Bewertungen ergeben für die TRY 2015 eine gute Übereinstimmung mit den zurzeit normativ verwendeten Sommerklima-TRY 2010. Für die zunehmend relevanteren TRY 2045 können aus dem Klimawandel resultierende Auswirkungen auf sommerliche Raumüberhitzungen identifiziert werden. Die Verteilungen der Klimadaten ergeben zwei weitere Klimakarten. Diese enthalten jeweils eine zusätzliche Sommerklimaregion C+, welche Regionen kennzeichnet, die außergewöhnlich warm sind.
Es wird eine Methodik vorgestellt, mit der mikroklimatisch differenzierte Bewertungen sommerlicher Überhitzungen möglich sind. Der dazu notwendige Bewertungsmaßstab ist an die jeweiligen TRY gekoppelt. Mit dieser Methodik wird der Weg zur Anwendung von mikroklimatisch aufgelösten TRY-Klimadaten geebnet. Die Methodik wird auf mehrere Simulationsreihen angewendet, welche gegenüberstellend diskutiert werden. Es sind Vorschläge enthalten, um zwischen den messtechnisch gewonnenen und den prognostizierten TRY-Daten eine ausgleichende Bewertung zu erhalten. Mithilfe der vorgestellten Methodik werden besonders heiße Städte gekennzeichnet.
This paper deals with the identification of impacts of summer climatic changes on buildings due to climate change. By way of introduction, physical and climatological backgrounds are explained. Based on this, relevant aspects of the normative assessment of summertime indoor overheating applied in Germany are described. These aspects form the basis for further investigations of indoor overheating phenomena.
Current test reference years (TRY) of the German Weather Service (DWD) form the basis for these further investigations. These TRY data are available in 2017 (TRY 2017 summarized for TRY 2015 and 2045) in a 1 km² grid covering the whole federal territory. First, these are compared and evaluated with each other, with metrologically obtained data and with previously used data against the background of usability in thermal-dynamic simulation calculations. All annual (mean) TRY in different spatial scales are presented and compared with respect to relevant parameters for summer overheating. Since the amount of data is very large with about 700,000 TRY, statistical methods are applied for this purpose. It is shown that the climate data of the TRY 2017 can be used in the mesoclimatic scale for the usability in simulation calculations. On the other hand, the application of the microclimatic 1 km² grid is not suitable for all questions related to building physics.
In addition to the comparisons and evaluations of the climatic data in pure form, these are evaluated in terms of a spatial response with thermal-dynamic simulation calculations. For this purpose, all TRY are taken up with the simulation program HAUSer and their summer climatic effects in the room are evaluated with a statistical procedure. For the TRY 2015, the evaluations result in a good agreement with the currently normatively used summer climate TRY 2010. For the increasingly relevant TRY 2045, impacts on summer space overheating resulting from climate change can be identified. The distributions of climate data yield two additional climate maps. These each contain an additional summer climate region C+, which identifies regions that are exceptionally warm.
A methodology is presented that allows microclimatically differentiated assessments of summer overheating. The assessment scale required for this purpose is linked to the respective TRY. This methodology paves the way for the application of microclimatically resolved TRY climate data. The methodology is applied to several simulation series, which are discussed in a comparative manner. Suggestions are included to obtain a balancing assessment between the metrologically obtained and the predicted TRY data. Using the methodology presented, particularly hot cities are identified.
Current test reference years (TRY) of the German Weather Service (DWD) form the basis for these further investigations. These TRY data are available in 2017 (TRY 2017 summarized for TRY 2015 and 2045) in a 1 km² grid covering the whole federal territory. First, these are compared and evaluated with each other, with metrologically obtained data and with previously used data against the background of usability in thermal-dynamic simulation calculations. All annual (mean) TRY in different spatial scales are presented and compared with respect to relevant parameters for summer overheating. Since the amount of data is very large with about 700,000 TRY, statistical methods are applied for this purpose. It is shown that the climate data of the TRY 2017 can be used in the mesoclimatic scale for the usability in simulation calculations. On the other hand, the application of the microclimatic 1 km² grid is not suitable for all questions related to building physics.
In addition to the comparisons and evaluations of the climatic data in pure form, these are evaluated in terms of a spatial response with thermal-dynamic simulation calculations. For this purpose, all TRY are taken up with the simulation program HAUSer and their summer climatic effects in the room are evaluated with a statistical procedure. For the TRY 2015, the evaluations result in a good agreement with the currently normatively used summer climate TRY 2010. For the increasingly relevant TRY 2045, impacts on summer space overheating resulting from climate change can be identified. The distributions of climate data yield two additional climate maps. These each contain an additional summer climate region C+, which identifies regions that are exceptionally warm.
A methodology is presented that allows microclimatically differentiated assessments of summer overheating. The assessment scale required for this purpose is linked to the respective TRY. This methodology paves the way for the application of microclimatically resolved TRY climate data. The methodology is applied to several simulation series, which are discussed in a comparative manner. Suggestions are included to obtain a balancing assessment between the metrologically obtained and the predicted TRY data. Using the methodology presented, particularly hot cities are identified.
Citation
@phdthesis{doi:10.17170/kobra-202306218280,
author={Vukadinovic, Mario},
title={Auswirkungen klimatischer Veränderungen auf die Überhitzung von Gebäuden und Empfehlungen zur Begrenzung sommerlicher Übertemperaturen},
school={Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung, Institut für Architektur, Fachgebiet Bauphysik},
year={2023}
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Diese Aspekte formieren die Grundlage der weiterführenden Untersuchungen von Überhitzungserscheinungen im Raum. Die Basis für diese weiterführenden Untersuchungen bilden aktuelle Testreferenzjahre (TRY) des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Diese TRY-Daten liegen im Jahr 2017 (TRY 2017 zusammenfassend für TRY 2015 und 2045) im 1 km²-Raster flächendeckend für das Bundesgebiet vor. Zunächst werden diese vor dem Hintergrund der Verwendbarkeit in thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen miteinander, mit messtechnisch gewonnenen und mit bisher verwendeten Daten verglichen und bewertet. Es werden alle jährlichen (mittleren) TRY in verschiedenen räumlichen Skalen hinsichtlich relevanter Kenngrößen für sommerliche Überhitzungen dargestellt und verglichen. Da die Datenmenge mit ca. 700.000 TRY sehr groß ist, werden dafür statistische Methoden angewendet. Es wird gezeigt, dass die Klimadaten der TRY 2017 im mesoklimatischen Maßstab für die Verwendbarkeit in Simulationsrechnungen herangezogen werden können. Hingegen ist die Anwendung des mikroklimatischen 1 km²-Rasters nicht für alle bauphysikalischen Fragestellungen geeignet. Neben den Vergleichen und Bewertungen der Klimadaten in purer Form werden diese im Sinne einer Raumantwort mit thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen ausgewertet. Dazu werden alle TRY mit dem Simulationsprogramm HAUSer aufgegriffen und deren sommerklimatische Auswirkungen im Raum mit einem statistischen Verfahren bewertet. Die Bewertungen ergeben für die TRY 2015 eine gute Übereinstimmung mit den zurzeit normativ verwendeten Sommerklima-TRY 2010. Für die zunehmend relevanteren TRY 2045 können aus dem Klimawandel resultierende Auswirkungen auf sommerliche Raumüberhitzungen identifiziert werden. Die Verteilungen der Klimadaten ergeben zwei weitere Klimakarten. Diese enthalten jeweils eine zusätzliche Sommerklimaregion C+, welche Regionen kennzeichnet, die außergewöhnlich warm sind. Es wird eine Methodik vorgestellt, mit der mikroklimatisch differenzierte Bewertungen sommerlicher Überhitzungen möglich sind. Der dazu notwendige Bewertungsmaßstab ist an die jeweiligen TRY gekoppelt. Mit dieser Methodik wird der Weg zur Anwendung von mikroklimatisch aufgelösten TRY-Klimadaten geebnet. Die Methodik wird auf mehrere Simulationsreihen angewendet, welche gegenüberstellend diskutiert werden. Es sind Vorschläge enthalten, um zwischen den messtechnisch gewonnenen und den prognostizierten TRY-Daten eine ausgleichende Bewertung zu erhalten. Mithilfe der vorgestellten Methodik werden besonders heiße Städte gekennzeichnet. This paper deals with the identification of impacts of summer climatic changes on buildings due to climate change. By way of introduction, physical and climatological backgrounds are explained. Based on this, relevant aspects of the normative assessment of summertime indoor overheating applied in Germany are described. These aspects form the basis for further investigations of indoor overheating phenomena. Current test reference years (TRY) of the German Weather Service (DWD) form the basis for these further investigations. These TRY data are available in 2017 (TRY 2017 summarized for TRY 2015 and 2045) in a 1 km² grid covering the whole federal territory. First, these are compared and evaluated with each other, with metrologically obtained data and with previously used data against the background of usability in thermal-dynamic simulation calculations. All annual (mean) TRY in different spatial scales are presented and compared with respect to relevant parameters for summer overheating. Since the amount of data is very large with about 700,000 TRY, statistical methods are applied for this purpose. It is shown that the climate data of the TRY 2017 can be used in the mesoclimatic scale for the usability in simulation calculations. On the other hand, the application of the microclimatic 1 km² grid is not suitable for all questions related to building physics. In addition to the comparisons and evaluations of the climatic data in pure form, these are evaluated in terms of a spatial response with thermal-dynamic simulation calculations. For this purpose, all TRY are taken up with the simulation program HAUSer and their summer climatic effects in the room are evaluated with a statistical procedure. For the TRY 2015, the evaluations result in a good agreement with the currently normatively used summer climate TRY 2010. For the increasingly relevant TRY 2045, impacts on summer space overheating resulting from climate change can be identified. The distributions of climate data yield two additional climate maps. These each contain an additional summer climate region C+, which identifies regions that are exceptionally warm. A methodology is presented that allows microclimatically differentiated assessments of summer overheating. The assessment scale required for this purpose is linked to the respective TRY. This methodology paves the way for the application of microclimatically resolved TRY climate data. The methodology is applied to several simulation series, which are discussed in a comparative manner. Suggestions are included to obtain a balancing assessment between the metrologically obtained and the predicted TRY data. Using the methodology presented, particularly hot cities are identified. open access Vukadinovic, Mario 2023-05-25 125 Seiten Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung, Institut für Architektur, Fachgebiet Bauphysik Maas, Anton (Prof. Dr.) Knissel, Jens (Prof. Dr.) Wärmeschutz Gebäude Klima Daten Deutscher Wetterdienst Klimaänderung Hitze publishedVersion false true </resource>
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