TY - THES A1 - Görgen, Fabian T1 - Improving thermal comfort in urban areas : experiment-based development, computational modelling, and performance evaluation of a water-retaining façade module (WRFM) T1 - Verbesserung der thermischen Behaglichkeit im urbanen Raum : experimentelle Entwicklung, computergestützte Modellierung und Leistungsevaluierung eines wasserspeichernden Fassadenmoduls (WRFM) N2 - Both ongoing urbanization and anthropogenic climate change contribute to the deterioration of thermal comfort in urban areas, reducing quality of life and posing health risks for urban dwellers. As a response, this thesis focuses on the development and investigation of a novel water-retaining façade module (WRFM) that is expected to increase thermal comfort through evaporative cooling, based on natural convection. First, for the design of a water-absorbing layer, selected porous materials were investigated for their hygric and physical properties. The laboratory tests served as the basis for the experiment-based development of a prototype of the WRFM, which was subsequently introduced. Building upon the experimental investigations, a coupled simulation workflow was developed, integrating various software tools to simulate location-specific evaporation rates of the WRFM, considering local microclimatic parameters and evaluating its impact on thermal comfort in an urban context. The coupled simulation workflow was calibrated against in-situ measurements. Subsequently, the effects of the WRFM on the urban environment were investigated in various case studies using the validated coupled simulation workflow. The results of the laboratory investigations revealed favourable material properties of pumice granules, as well as their durability and resistance, underlining their suitability for use as a water-absorbing layer within the WRFM. The calibration process of the workflow’s sub models showed a strong fit between measured and final simulated results, validating the coupled simulation workflow as a reliable tool for simulating heat and mass transfer within the WRFM. Evaluating the effects of the WRFM on thermal comfort showed that applying the WRFM to a building façade notably decreased the Physiological Equivalent Temperature (PET) during the day, with slight increases observed during night-time. This effect was mainly attributed to both the increased albedo and the increased specific heat capacity of the WRFM. The WRFM demonstrates potential for improving thermal comfort in urban areas. The developed coupled simulation workflow provides a climate-friendly and location-specific planning tool, which can be used to customize and tailor adaptation strategies, such as the WRFM, to a specific location. The findings of this thesis thus serve as a foundation for future investigations into the WRFM and its potential integration into sustainable urban planning strategies. N2 - Sowohl die fortschreitende Urbanisierung als auch der anthropogene Klimawandel tragen zu einer Verschlechterung der thermischen Behaglichkeit im urbanen Außenraum bei. Eine niedrigere Lebensqualität sowie gesundheitliche Risiken für Stadtbewohner sind die Folge. Als Reaktion darauf wird im Rahmen dieser Arbeit ein neuartiges, wasserspeicherndes Fassadenmodul (WRFM) entwickelt und untersucht, das durch Verdunstungskühlung auf Basis natürlicher Konvektion zu einer Behaglichkeitssteigerung führen soll. Zu Beginn wurden für die Entwicklung einer wasserabsorbierenden Schicht ausgewählte poröse Materialien auf ihre hygrischen und physikalischen Eigenschaften untersucht. Die unter Laborbedingungen durchgeführten Tests bildeten die Grundlage für die experimentelle Entwicklung eines Prototyps des WRFM, der im Anschluss vorgestellt wurde. Aufbauend darauf wurde ein gekoppelter Simulationsworkflow entwickelt, der unter Nutzung verschiedener Softwareanwendungen standortspezifische Verdunstungsraten des WRFM unter Berücksichtigung lokaler mikroklimatischer Parameter simulierte. Die Kalibrierung des Workflows erfolgte anhand von in-situ Messungen. Die Auswirkungen des WRFM auf den urbanen Raum wurden im Anschluss unter Verwendung des validierten Simulationsworkflows in ausgewählten Fallstudien untersucht. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen zeigten positive Materialeigenschaften des Bimsgranulats sowie dessen Dauerhaftigkeit und Resistenz und unterstrichen somit eine Eignung für den Einsatz als wasserspeichernde Schicht innerhalb des WRFM. Der Kalibrierungsprozess der Teilmodelle des Workflows zeigte eine hohe Übereinstimmung zwischen den gemessenen und den final simulierten Ergebnissen, wodurch der gekoppelte Simulationsworkflow als zuverlässiges Werkzeug zur Simulation von Wärme- und Feuchtetransport innerhalb des WRFM validiert werden konnte. Bezüglich der Auswirkungen auf die thermische Behaglichkeit konnte durch die Installation des WRFM an einer Gebäudefassade tagsüber eine Reduzierung der Physiologisch Äquivalenten Temperatur (PET) festgestellt werden, während nachts eine leichte Erhöhung der PET zu verzeichnen war. Diese Effekte waren größtenteils auf die erhöhte Albedo sowie die erhöhte spezifische Wärmekapazität des WRFM zurückzuführen. Das WRFM zeigt Potenzial zur Verbesserung der thermischen Behaglichkeit im urbanen Raum. Der entwickelte, gekoppelte Simulationsworkflow bietet ein klimagerechtes und standortspezifisches Planungsinstrument, um Anpassungsstrategien wie das WRFM passgenau für einen bestimmten Standort zu entwickeln. Die Ergebnisse dieser Arbeit dienen somit als Grundlage für weiterführende Untersuchungen des WRFM sowie dessen potenzielle Integration in nachhaltige städtebauliche Planungsstrategien. KW - Thermal comfort KW - Urban microclimate KW - Evaporative cooling KW - Water-retaining façade module KW - Coupled simulation workflow KW - Thermische Behaglichkeit KW - Urbanes Mikroklima KW - Verdunstungskühlung KW - Wasserspeicherndes Fassadenmodul KW - Gekoppelter Simulationsworkflow KW - Fassade KW - Wasseraufnahme KW - Verdunstungskühlung KW - Behaglichkeit KW - Stadtklima KW - Stadtleben Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-72019 ER -