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A. Wadi:
"Overheating and cooling demand in residential buildings: a simplified index for the early stages of the design process";
Supervisor: A. Mahdavi, U. Pont; Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Bauphysik und Bauökologie, 2019; final examination: 2019-01-22.

Residential buildings consume a considerable amount of energy, but regularly such buildings are considered to possess a large potential for reducing their energy demand without neglecting the required comfort levels for occupants. There are several, in-part very different approaches that address the reduction of energy use in buildings. One approach is the so-called performance-based approach, which regularly requires the application of sophisticated simulation tools to evaluate buildings. The results of this approach can help to approximate optima regarding lowest cost and energy saving. However, given the level of detail and the extensive structure of state-of-the-art simulation tools, the performance-based approach often is time-consuming and cost-intensive. One alternative to this approach is the so-called prescriptive approach. This approach can be associated with less complexity in comparison to the performance-based approach. The main idea of this approach is to define levels for prescriptive performance data of buildings that can be influenced in early design stages. As such, it can provide valuable support to architects, who can use the approach to roughly estimate the performance of buildings without performing advanced calculations or simulations. In this context, this approach could be beneficial to improve the energy performance of buildings in regions and settings, where adopting the performance approach faces obstacles such as lack of resources, or large time and cost pressure.
The main objective of this master thesis is to create a prescriptive building energy index which could be used as an instrument to determine the future building´s energy demand during the early stages of the design process. Thereby, the created index is based on the results of a linear regression model. This model is the result of extensive simulation efforts of a large set of buildings. The chosen building sample was based on the idea of representing the majority of residential buildings in the Gaza strip. The linear regression analysis is used to identify the most influencing descriptive building quality parameters on selected aspects of the building performance. This master thesis is thereby focused on overheating and cooling energy demand, the (simulated) cooling energy demand results of the building sample were used in the created linear regression equation, and utilized to generate a reference for the index.
As compared to the outcome obtained from the simulation, the results show that buildings, which comply with certain characteristics, can achieve high energy efficiency levels (in these specific climatic boundary conditions). The results reveal that multiple performance indicators can be almost predicted interchangeably, as the overheating indicator was found to be highly correlating to the cooling energy demand of buildings. The results also prove that setting a future target regarding enhancing thermal characteristics of the current state of buildings would result in achieving apparent reductions in cooling demand requirements, as geometric and semantic properties of fenestration / glazing materials were found to be crucial within such context. While incorporating the current construction practices in addition to potential future enhancement targets, the created index could serve as a valuable indicator tool for architects, designers and engineers during the early stages of the design process.

Wohngebäude, welche vermutlich die größte Gruppe aller Bauwerke darstellen, sind für einen großen Teil des globalen Energieverbrauchs verantwortlich. Solche Bauwerke besitzen aber in der Regel auch ein großes Potential hinsichtlich Energieeinsparung. Es gibt ganz unterschiedliche Ansätze, den Energieverbrauch von Bauwerken zu determinieren und damit zu senken. Einer dieser Ansätze ist der performance-basierte Ansatz, welcher zumeist unter Einsatz von state-of-the-art Simulationswerkzeugen durchgeführt wird. Die Ergebnisse von solchen simulations-basierten Performance-Evaluierungen können nützlich sein um optimale Gebäudeplanung und Energieeinsparung anzunähern. Jedoch sind solche Performance-Untersuchungen mittels Simulationswerkzeugen oftmals sehr aufwändig und damit zeit- und kostenintensiv. Eine mögliche Alternative stellt der präskriptive Ansatz dar. Dieser Ansatz ist im Vergleich zum performance-basierten Ansatz reduziert hinsichtlich des Aufwandes, aber auch im Anwendungsbereich bzw. der Aussagekraft. Im Prinzip wird über die Beurteilung von verschiedenen, einfach zu ermittelnden Kombinationen von Gebäudegestaltungsparametern die sich daraus ergebende Performance-Implikation dargestellt. Auf diese Wese können ArchitektInnen eine grobe Abschätzung der Auswirkung von Design-Entscheidungen bereits in frühen Phasen des Gebäudeentwurfs vornehmen. Der Ansatz eignet sich auch gut um in Regionen oder unter Umständen, wo eine Durchführung des performance-basierten Ansatzes aus Ressourcen-, Zeit-, oder Kostengründen schwierig ist, dennoch energieeffiziente Bauwerke zu planen.
In der vorliegenden Master-These werden die Bemühungen dokumentiert, einen präskriptiven Index zu erstellen, welcher als Instrument dient, anhand verschiedener Gebäudeparameter Performanceabschätzungen vornehmen zu können. Dieser Index ist das Ergebnis eines linearen Regressionsmodels. Zur Erstellung dieses Index wurde ein Gebäudesample erstellt, welches für eine spezifische Region auf der Welt - nämlich den Gaza-Streifen / Palästina - eine gute Annäherung an den Gebäudebestand darstellt. Der Fokus dieser Master-These liegt auf (sommerlicher) Überhitzung bzw. dem Kühlbedarf dieser Bauwerke. Der via Simulation errechnete Kühlbedarf wurde im Regressionsmodel Eingabedatenkombinationen gegenübergestellt, so dass der präskriptive Index hierfür erstellt werden konnte.
Bestimmte Gebäudecharakteristika konnten für das gewählte Gebäudesample und das vorherrschende Klima als wesentlich für die Energieeffizienz identifiziert werden. Überhitzung und Kühlbedarf konnten hierbei als sehr ähnlich abhängig von verschiedenen Eingabedaten verifiziert werden. Design-Entscheidungen hinsichtlich bestimmter Gebäudecharakteristika, allen voran die geometrischen und semantischen Daten der Verglasungen / Fenster, beeinflussen die Performance signifikant.
Der erstellte Index kann für die Gebäudeplanung in der Region ein wertvolles Hilfsmittel darstellen und speziell in den frühen Design-Phasen den/die ArchitektIn unterstützen.

Performance simulation, prescriptive approach, building design variables, thermal envelope, cooling energy demand, overheating indicator, linear regression, Building Energy Index.