Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1938
Main Title: Microclimate design methods for energy-saving houses on various site conditions in Korea
Translated Title: Mikroklimatische Designmethoden für energiesparende Häuser an verschiedenen Standorten in Korea
Author(s): Kim, Min Kyeong
Advisor(s): Steffan, Claus
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Ein kleines territoriales Gebiet in Korea weist verschiedene mikroklimatische Bedingungen auf, je nachdem, wie viel Sonne, Schatten, Feuchtigkeit und Winden es ausgesetzt ist. Diese mikroklimatischen Bedingungen können durch zielgerichtete Betrachtung aller Elemente bei der Entwicklung und beim Bauen beeinflusst werden, so durch die Nutzung geneigter Geländeflächen, die Anwendung einer 3-dimensionalen Geometrie, wie die Kombination von architektonischen Elementen des Neubaues und der Einbeziehung bereits auf der Geländefläche existierenden Gebäuden. Diese Studie untersucht die Nutzung mikroklimatischer Veränderungen für ein effektives Niedrigenergiedesign unter Einbeziehung der von Elementen der traditionellen koreanischen Bauweise und des Passivhauses. Die untersuchte Methode der mikroklimatischen Analyse kann zu zeitlichen und räumlichen Vorhersage bezüglich der Gebäudegeometrie genutzt werden. Eine Kombination u.a. von passiver solarer Gewinne, gezielten Schutzmassnahmen vor kalten Winden, Sicherung der Zirkulation der Raumluft und natürlicher Belüftung sowie der Berücksichtigung der Sonnenscheindauer und der Ausbreitung des Schattens ist eine wichtige Voraussetzung für behagliches Wohnen und Arbeiten zu jeder Jahreszeit. Zugleich kann so eine wirkungsvolle Einflussnahme auf die Senkung des Energieverbrauches genommen werden. Für die passive Gewinne und Kühlung ist unbedingt eine ständige Betrachtung der Veränderungen in den mikroklimatischen Bedingungen erforderlich, um die höchstmögliche Energieeffizienz in den Gebäuden zu sichern. Die vorliegende Arbeit enthält die Untersuchung der mikroklimatischen Veränderungen zur Nutzung der räumlichen Planung eines Gebäudes, des effektiven Einsatzes von Niedrigenergiemethoden, des Passivhaus-Standards und allgemeine physikalische Grundlagen in den Energiesimulationsmethoden. Die heißen und feuchten Sommer in Korea, erfordern immer zu beachten, dass eine ausreichende Luftzirkulation in den Gebäuden gewährleistet wird. So ist die Be- und Entlüftung eine wichtige Voraussetzung für die konvektive Kühlung oder Verdunstungskühlung in den Gebäuden. Der erforderliche Luftfluss in einem Gebäude wird durch die Geometrie und der Betrachtung des Unterschieds von Lufttemperatur und des Luftdrucks erreicht. Die Betrachtung der Positionen bereits bestehender Gebäude ist für die Führung des Luftflusses von großer Wichtigkeit. Die Gebäudegeometrie und die Gebäudeorientierung hat eine größere Wirkung auf die Tendenz des Luftflusses als die Luftgeschwindigkeit. Diesen Effekt richtig genutzt, wird er zu einer wichtigen Quelle der Energieeinsparung. Eine neuartige Simulationsmethode in der Kombination der Simulation von Multi-Zonen und CFD kann zu einer wirkungsvollen Analyse effektiver Energiespareffekte im Bereich der passiven und mikroklimatischen Elemente der Gestaltung von Gebäuden und Einrichtungen genutzt werden. Der Multi-Zone Energiesimulationstools „Energie Plus“ kann für die Erlangung von Parametern zur Vereinfachung der Energiesparprobleme für die verschiedensten Gebäudezonen (Räume, Flure usw.) genutzt werden. Diese Methode ist aber nicht geeignet, um Variationen in der Geometrie von Gebäuden zu behandeln, da sie in ihrer Gesamtheit nur auf Schätzungen von durchschnittlichen Werten bezogen auf Energieverbrauch, Temperatur, Feuchtigkeit usw. beruht. Besser geeignet für Variationen in der Gebäudegestaltung ist die CFD Methode mit unterteilender „Grid-Unit“. Sie ermöglicht genauere Ergebnisse zu den Schätzungen des Luftflusses und der zielgerichteten Veränderung des thermischen Zustands. Für die Gestaltung eines Hausmodells in Südkorea, sind Fallstudien und Methoden der Energieeinsparung, immer einer gründlichen Bewertung und Analyse, bezogen auf die vorherrschenden mikroklimatischen Bedingungen zu unterziehen.
A small area can have several different microclimates depending on how much sunlight, shade or wind are exposed on the area. Microclimate can be influenced by inclined terrain, surfaces, and 3-dimensionally geometry such as combinations of architectural elements and annex buildings. This study investigates microclimate modification for energy-saving using design elements of Korean traditional and passive house. Microclimate analysis method in this study enables to predict temporal and spatial variances in the building geometry. A combination of passive solar heating, cold wind blocking, indoor air circulation, natural ventilation cooling and shading etc, seasonally help to form a comfort condition with less energy consumption. The passive heating and cooling controls with microclimate modification are efficient to accomplish the energy efficiency in the building. This work includes the microclimate modifications of the high-performance designs, microclimate energy-saving methods, Passive House design methods, and common physical bases in energy simulation methods. For hot and humid summer in Korea, ventilation is beneficial for convective or evaporative cooling. The air flow through a building geometry is generated by differences in air temperature and pressure. The layout of surrounding buildings acts as barriers and diverts the flow into narrower. The resulted patterns of airflow are affected more by building geometry and orientation than by air speed. A novel simulation method combining multi-zone and CFD energy simulations is used to analyze energy-saving aspects in passive and microclimate design elements. EnergyPlus is a multi-zone energy simulation tool that uses a parameterization to simplify the energy-saving problem for each zone. However, the model is not appropriate to handle variations in the building geometry since it estimates only the average value for each volume. On the contrary, CFD method with subdivided grid units is more suitable to estimate the air flow and observe a modification of thermal condition. And. case studies for a real house model in S. Korea are performed to evaluate energy-saving of microclimate modification.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-19303
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2235
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1938
Exam Date: 9-Jul-2008
Issue Date: 11-Aug-2008
Date Available: 11-Aug-2008
DDC Class: 720 Architektur
Subject(s): Energieeffizienz
Energiesimulationsmethoden
Luftfluss
Mikroklimatische Veränderung
Passivhaus
Energy saving
Energy simulation
Microclimatic modification
Natural ventilation
Passive house
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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