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A. Voinea:
"The Impact of Urban Micorclimate Assumptions on Predicitions of the Thermal Performance of Buildings";
Supervisor: A. Mahdavi; Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Bauphysik und Bauökologie, 2017; final examination: 2017-04-25.

Urban areas are dynamic and complex entities that are bound to be impacted by changes in
climate. Recent studies have established that urban agglomerations encompass a number of
different climate conditions that result in specific local microclimates. This paper aims to
evaluate the impact of local urban microclimates on thermal performance of buildings. It
analyzes and describes the magnitude of the discrepancies in energy demand as a function
of location and building type over a certain period of time. More specifically, the energy
demand required by three new constructions (family house, a multi-family apartment block
building, and an office building) is simulated at three different locations within the city of
Vienna, Austria, over a 5-year period of time (2008 to 2012) using TAS (Thermal Analysis
Simulation Software). The local microclimates are described by the empirical weather data
obtained from nearby meteorological stations. These stations were particularly chosen to be
representative for different microclimates i.e. hilly green area, city downtown, and a flat,
low altitude area. Climatic factors such as temperature, humidity, solar radiation, wind
speed and direction were used to generate weather files compatible with TAS. Construction
materials and internal conditions follow the current Austrian standards and stay constant
during the simulations. The results point towards important fluctuations of energy demand
that are consistent with the change in location, time, and building type. Local microclimate
conditions and their impact on the simulated energy demand are analyzed and used to
explain these fluctuations. Finally, one more simulation is performed for each type of
building using a Vienna city standard weather file employed in current energy calculation
(IWEC). The simulated results using local conditions are compared against the one obtained
from the use of the standard weather file. It is concluded that local microclimates within an
urban area have a significant impact on building´ heating and cooling energy demands.
Building designers, architects, building performance specialists as well as policy makers
would greatly benefit from understanding and using local microclimate conditions when
designing, simulating or approving future construction developments.

Städtische Gebiete sind dynamische und komplexe Einheiten, die durch
Klimaveränderungen beeinflusst werden. Neue Studien haben nachgewiesen, dass
städtische Agglomerationen eine Reihe von unterschiedlichen Klimabedingungen umfassen,
die zu spezifischen lokalen Mikroklimaten führen. Diese Arbeit zielt darauf ab, die
Auswirkungen der lokalen städtischen Mikroklimate auf die thermische Leistung von
Gebäuden zu bewerten. Sie analysiert und beschreibt die Größenordnung der
Abweichungen im Energiebedarf als Funktion von Standort und Gebäudetyp über einen
bestimmten Zeitraum. Genauer gesagt wird der Energiebedarf von drei Neubauten
(Familienhaus, Mehrfamilienhausgebäude und Bürogebäude) an drei verschiedenen
Standorten innerhalb der Stadt Wien, Österreich, über einen Zeitraum von 5 Jahren (2008
bis 2012) mit Tas (Thermal Analysis Simulation Software) simuliert. Die lokalen Mikroklimate
werden durch die empirischen Wetterdaten beschrieben, die von nahe gelegenen
meteorologischen Stationen aufgezeichnet wurden. Diese Standorte wurden dahingehend
ausgewählt, um für verschiedene Mikroklimate repräsentativ zu sein, d.h. hügelige grüne
Fläche, Innenstadt und ein flaches Gebiet von geringer Höhenlage. Klimafaktoren wie
Temperatur, Feuchtigkeit, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit und Windrichtung
wurden verwendet, um Wetterdateien zu erzeugen, die mit Tas kompatibel sind. Baustoffe
und interne Bedingungen enstprechen den aktuellen österreichischen Normen und bleiben
während der Simulationen konstant. Die Ergebnisse zeigen erhebliche Schwankungen des
Energiebedarfs, abhängig von Standort, Zeit und Gebäudetyp. Lokale Mikroklima-
Bedingungen und ihre Auswirkungen auf den simulierten Energiebedarf werden analysiert
und herangezogen, diese Schwankungen zu erklären. Schließlich wird für jede Bauart eine
weitere Simulation mit einer Wiener Standard-Wetterdatei, die in der aktuellen
Energieberechnung (IWEC) eingesetzt wird, durchgeführt. Die simulierten Ergebnisse unter
Verwendung empirischer lokaler Wetterdaten werden mit denen verglichen, die aus der
Verwendung der Standard-Wetterdatei erhalten wurden. Es wird gefolgert, dass lokale
Mikroklimate innerhalb eines städtischen Gebiets einen erheblichen Einfluss auf den Heizund
Kälteenergiebedarf von Gebäuden haben. Gebäudedesigner, Architekten,
Bauleistungsspezialisten sowie politische Entscheidungsträger würden bei der Gestaltung,
Simulation oder Genehmigung zukünftiger Bauentwicklungen von dem Verständnis und der
Anwendung lokaler Mikroklimabedingungen profitieren.

microclimate, thermal performance, energy efficiency, simulation, prediction.