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Ein Simulationsansatz zur Bewertung von Hitzestressrisiken in Innenräumen. Weiterentwicklung eines zonalen Modells in Modelica

  • Als Reaktion auf die hohe Mortalität während einer Hitzeperiode in Europa im Sommer 2003 hat der Deutsche Wetterdienst (DWD) Hitzestresswarnungen in sein Portfolio integriert und das Thema weiter in den Fokus gerückt. Hitzestress wird überwiegend als Problem des Außenraumes wahrgenommen. Gleichzeitig jedoch ist bekannt, dass sich die städtische Bevölkerung und insbesondere ältere und kranke Menschen, die im Hinblick auf Hitzestress besonders vulnerable Gruppen darstellen, überwiegend in Innenräumen aufhalten. Verminderte Schlafqualität, bedingt durch aufgeheizte Innenräume, verstärkt die Belastungssituation. All dies macht es erforderlich, Hitzestressrisiken ebenfalls im Innenraum zu untersuchen. Diese Forschungsarbeit ist im Kontext des Teilprojekts Indoor Simulations der DFGForschergruppe UCaHS (DFG Research Unit 1736, Urban Climate and Heat Stress in mid-latitude cities in view of climate change) an der Universität der Künste Berlin entstanden. Im Rahmen dieses Teilprojekts werden Simulationsmethoden zur Analyse vonAls Reaktion auf die hohe Mortalität während einer Hitzeperiode in Europa im Sommer 2003 hat der Deutsche Wetterdienst (DWD) Hitzestresswarnungen in sein Portfolio integriert und das Thema weiter in den Fokus gerückt. Hitzestress wird überwiegend als Problem des Außenraumes wahrgenommen. Gleichzeitig jedoch ist bekannt, dass sich die städtische Bevölkerung und insbesondere ältere und kranke Menschen, die im Hinblick auf Hitzestress besonders vulnerable Gruppen darstellen, überwiegend in Innenräumen aufhalten. Verminderte Schlafqualität, bedingt durch aufgeheizte Innenräume, verstärkt die Belastungssituation. All dies macht es erforderlich, Hitzestressrisiken ebenfalls im Innenraum zu untersuchen. Diese Forschungsarbeit ist im Kontext des Teilprojekts Indoor Simulations der DFGForschergruppe UCaHS (DFG Research Unit 1736, Urban Climate and Heat Stress in mid-latitude cities in view of climate change) an der Universität der Künste Berlin entstanden. Im Rahmen dieses Teilprojekts werden Simulationsmethoden zur Analyse von Hitzestressrisiken im Innenraum entwickelt und erprobt. Die Aufgabenstellung stellt Simulationsmethoden vor die Herausforderung, mehrtägige Auswertungszeiträume von Hitzeperioden und eine örtliche Auflösung des Innenraumes für eine lokale Auswertung unter Beachtung praktikabler Rechenzeiten zusammenzubringen. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wird der zonale Ansatz einer ortsdiskretisierten Simulation als geeigneter Simulationsansatz identifiziert, beschrieben, weiterentwickelt und in der Programmiersprache Modelica implementiert. Die Weiterentwicklung geschieht im Hinblick auf den gewünschten Anwendungsbereich: die Simulation von Innenräumen während mehrtägiger Hitzeperioden zur Bewertung von Hitzestressrisiken. Neben der Kalibrierung des zonalen Modells zur verbesserten Abbildung von Raumluftströmung und Temperaturentwicklung kommt daher der Modellierung des Fensters, der Schnittstelle zwischen Innen- und Außenraum mit großem Einfluss auf das Innenraumklima, eine besondere Bedeutung zu. Das zonale Modell wird verifiziert und validiert, die Umsetzung der Fensterlüftung wird plausibilisiert. Dafür werden zonale Simulationsergebnisse mit Messdaten verglichen; zusätzlich werden CFD-Berechnungen für strömungstechnische Erkenntnisgewinne und zur Cross-Validierung genutzt. Fensterlüftung kann ebenfalls als Ausdruck technischen Nutzerverhaltens betrachtet werden. Technisches Nutzerverhalten beschreibt Nutzerverhalten, das einen direkten Einfluss auf das Raumklima ausübt, während persönliches Nutzerverhalten, beispielsweise eine Änderung der Bekleidungsisolation, direkte Auswirkungen auf die persönliche Erfahrung von Hitzestress hat. Beide Kategorien von Nutzerverhalten werden exemplarisch in das zonale Modell zur Innenraumsimulation integriert. Eine Verknüpfung mit dynamischen Methoden zur Auswertung der thermischen Behaglichkeit vervollständigt den Simulationsansatz zur Bewertung von Hitzestressrisiken. Anhand von zwei Anwendungsbeispielen wird demonstriert, dass mit diesem Simulationsansatz Innenräume in ihrer Unterschiedlichkeit bzgl. Geometrie, Baukonstruktion, Ausrichtung und Nutzerverhalten über die Zeiträume von Hitzeperioden abgebildet und im Raum befindliche Personen aktiv in der Bewertung von Hitzestressrisiken berücksichtigt werden können.zeige mehrzeige weniger
  • In response to a high mortality during a heat wave in Europe in the summer of 2003, the national weather service deutscher Wetterdienst (DWD) integrated heat stress warnings into its portfolio and brought this topic to public attention. Heat stress is mainly perceived as a problem of outer space. At the same time, it is known that residents of cities spend most of their time indoors. As the people most affected by heat stress are elderly and sick people, the time period spent indoors becomes even more important. Reduced sleep quality due to heated interior spaces, increases the stress situation. All of this makes it necessary to examine indoor heat stress risks. This research work has emerged in the context of the sub-project Indoor Simulation of the DFG research group UCaHS (DFG Research Unit 1736, Urban Climate and Heat Stress in mid-latitude cities in view of climate change) located in the University of Arts Berlin. Within the scope of this sub-project, methods of simulations for indoor heat stress risks analysis are developed andIn response to a high mortality during a heat wave in Europe in the summer of 2003, the national weather service deutscher Wetterdienst (DWD) integrated heat stress warnings into its portfolio and brought this topic to public attention. Heat stress is mainly perceived as a problem of outer space. At the same time, it is known that residents of cities spend most of their time indoors. As the people most affected by heat stress are elderly and sick people, the time period spent indoors becomes even more important. Reduced sleep quality due to heated interior spaces, increases the stress situation. All of this makes it necessary to examine indoor heat stress risks. This research work has emerged in the context of the sub-project Indoor Simulation of the DFG research group UCaHS (DFG Research Unit 1736, Urban Climate and Heat Stress in mid-latitude cities in view of climate change) located in the University of Arts Berlin. Within the scope of this sub-project, methods of simulations for indoor heat stress risks analysis are developed and tested. This task challenges simulation methods to combine a multi-day evaluation period of heat waves and a spatial resolution of the interior for a local evaluation within a practical computing time period. In the context of this research work, the zonal approach of location-discretized simulation is identified as a suitable simulation approach, described, further developed, and implemented in the programming language Modelica. Further development takes place regarding the required application—the simulation of indoor spaces during several days of heat for the evaluation of heat stress risks. In addition to the calibration of the zonal model for an improved calculation of airflow and temperature development, the window modelling, which is the interface between interior and exterior space with a large influence factor, is of particular importance. The zonal model is verified and validated, and the plausibility of the implementation of passive ventilation is assessed. For this, zonal simulation results are compared with measured data. In addition, CFD calculations are used for knowledge gain about fluid dynamics and cross-validation. Window ventilation may also be regarded as an expression of technical user behaviour. Technical user behaviour means user behaviour with a direct impact on indoor climate, whereas personal user behaviour, such as an adaptive clothing insulation, influences the personal experience of heat stress. Both categories of user behaviour are integrated into the zonal model for interior space simulation. A combination of dynamic methods for the assessment of thermal comfort completes the simulation approach for the evaluation of heat stress risks. Two application examples demonstrate the ability of this simulation approach to depict interiors in their variety in terms of geometry, building construction, orientation, and user behaviour. The people present in that rooms can be actively considered in the evaluation of heat stress risks.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Verfasserangaben: Katharina Mucha
URN:urn:nbn:de:kobv:b170-10598
Gutachter*in:Prof. Dr.-Ing. Christoph Nytsch-Geusen, Prof. Dr.-Ing. Peter Bartsch
Betreuer:Prof. Dr.-Ing. Christoph Nytsch-Geusen, Prof. Dr.-Ing. Peter Bartsch
Dokumentart:Dissertation
Sprache:Deutsch
Datum der Veröffentlichung (online):18.04.2017
Datum der Erstveröffentlichung:28.04.2017
Veröffentlichende Institution:Universität der Künste Berlin
Titel verleihende Institution:Universität der Künste Berlin, Fakultät Gestaltung
Datum der Abschlussprüfung:14.02.2017
Datum der Freischaltung:28.04.2017
GND-Schlagwort:HitzeGND; StressGND; InnenraumGND; ModelicaGND
Seitenzahl:XV, 173
Fakultäten und Einrichtungen:Fakultät Gestaltung
DDC-Klassifikation:7 Künste und Unterhaltung / 70 Künste / 700 Künste; Bildende und angewandte Kunst
Lizenz (Deutsch):Keine Lizenz – Urheberrechtsschutz
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