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S. Eikemeier:
"Simulation-supported Design Optimisation for Lifecycle-oriented Buildings"";
Supervisor, Reviewer: A. Mahdavi, C. Kühn, R. Wimmer, M. Schuss, R. Rabenseifer; Institute for Architectural Science, Department of Building Physics and Building Ecology, 2021; oral examination: 2021-02-04.

A relatively large percentage of energy and resource consumption occurs in the building sector. This concerns the production of building materials, the construction of buildings and also the energy consumption during the use phase. To reduce the energy and resource consumption in the building sector, this study conducted within the project Simulation-supported Design Optimisation for Lifecycle-oriented Buildings (Sim4DLG FFG 853842) is focusing on a design optimisation of life cycle oriented buildings in Austria.
To reduce the heating demand and overheating risk in the cold and warm seasons respectively, a simulation-supported optimisation strategy is pursued, together with an improvement of the planning processes themselves.
This approach is applied to a range of different building types along the three major planning phases of the design process, the early design stage, the final planning permit design stage and the final building design stage. The building types are varying from stand-alone single family houses to townhouses and apartments in a multi-storey building, which are to be constructed within the project Life Cycle Habitation (LIFE13 ENV/AT/000741). Apart from the heating demand of the buildings, the indoor environment in view of the indoor temperatures are specifically examined to avoid overheating risk and to increase the thermal comfort for the occupants.
The focus for the optimisation lies on the architectural design parameters like the building geometry, the opaque and transparent surfaces as well as the shading design. Natural ventilation scenarios are specifically explored to improve summertime thermal comfort conditions.
The study reveals that the integration of dynamic simulations in the design process of buildings can lead to an optimisation of the desired technical, ecological or economic aspects depending on the choice of building parameters.
The results suggest that properly dimensioned building parameters and an accurate design especially in combination with natural ventilation can improve the indoor temperatures and also the thermal comfort of the occupants significantly, while maintaining the passive house standard according to the Austrian energy certificate.

Ein verhältnismäßig großer Anteil des Energie- und Ressourcenverbrauches fällt im Gebäudebereich an. Das betrifft die Herstellung von Baustoffen, die Errichtung von Gebäuden und in weiterer Folge den Energieverbrauch innerhalb der Gebäude durch die NutzerInnen. Eine Designoptimierung von lebenszyklusorientierten Gebäuden soll dazu beitragen den Energie- und Ressourcenverbrauch im Gebäudebereich in Österreich zu verringern.
Die Studie Simulationsunterstützte Designoptimierung Lebenszyklusorientierter Gebäude (Sim4DLG, FFG 853842) zielt darauf ab durch die Einbindung dynamischer Simulationen eine Reduzierung des Energieverbrauches sowie des Überhitzungsrisikos sowohl in der kalten wie auch in der warmen Jahreszeit zu erreichen als auch die Planungsabläufe selbst zu verbessern. Ergänzend zum Heizwärmebedarf der Gebäude wird auch das Innenraumklima insbesondere über die Innentemperaturen untersucht um das Überhitzungsrisiko dieser Gebäude zu vermeiden und den thermischen Komfort der NutzerInnen zu erhöhen.
Diese Methodik wird für eine Auswahl verschiedener Gebäudetypen entlang den Planungsphasen der Entwurfsplanung, der Einreichplanung und der Detailplanung bis zum finalen Gebäudedesign angewandt. Die Gebäudetypen variieren von Einfamilienhäusern bis hin zu Reihenhäusern und Wohnungen in einem mehrgeschossigen Gebäudeverbund, welche im Rahmen des Projektes Life Cycle Habitation (LIFE ENV/AT/000741) errichtet werden und als Fallbeispiele dienen.
Der Fokus der Optimierungen in dieser Studie liegt auf dem architektonischen Design der Gebäude wie der Geometrie, der transparenten und opaken Flächen oder dem Verschattungskonzept. Ergänzend werden Szenarien der natürlichen Belüftung für eine Verbesserung des thermischen Komforts in der Sommerzeit untersucht.
Die Studie zeigt auf, dass durch die Integration von dynamischen Simulationen in den Planungsprozess abhängig von der Wahl der Parameter eine Optimierung der gewünschten technischen, ökologischen oder ökonomischen Gebäudeaspekte erreicht werden kann. Präzise dimensionierte Gebäudeparameter und ein akkurates Design in Kombination mit natürlicher Belüftung ermöglichen eine deutliche Verbesserung des Innenraumklimas und des thermischen Komforts bei einer gleichzeitigen Aufrechterhaltung des Passivhausstandards entsprechend dem österreichischen Energieausweis.

Heizwärmebedarf, dynamische Simulation, Energieeffizienz, nachhaltige Gebäude, Überhitzungsrisiko, Heating demand, dynamic simulation, energy-efficiency, sustainable building, overheating risk