Preparation for fossil fuel substitution in the building sector persists as an essential subject in architectural engineering. Since the building sector still remains as one of the three major global end energy consumer – climate change is closely related to construction and design.
We have developed the archetype sun space to what it is today : a simple but effective predominant naturally ventilated sun trap and as well as living space enlargement. With the invention of industrial glass orangery’s more and more changed from frost protecting envelopes to living spaces from which we meantime expect thermal comfort in high quality.
But what level of thermal comfort provide sun spaces? And to what extend may sun spaces manage autarkic operation profiting from passive solar gains and, beyond that, surplus energy generation for energy neutral conditioning of aligned spaces? We deliver detailed information for this detected gap of knowledge.
We know about limited thermal comfort in sun spaces winter times.
This reasons the inspection of manifold collector technologies, which enable to be embedded in facades and specifically in sun space envelopes. Nonetheless, effective façade integrated collectors are ineffective in seasons with poor irradiation. Hence, the mismatch of offer and demand we have experienced with renewable energies ignites thinking about appropriate seasonal energy storages, which enlarges the research scope of this work. This PhD thesis project investigates on both, a yearly empirical test set up analysis and a virtual simulation of different oriented and located sun spaces abroad Germany. Both empirical and theoretical evaluation result in a holistic research focusing on a preferred occupation time in terms of cumulative frequencies of operational temperature and decided local discomfort, of potential autarkic sun space operation and prospective surplus exergy for alternative heating of aligned buildings. The results are mapped geographically for Germany.
Fossil fuel substitution, as far as this thesis elaborated, is closely related to the quality of thermal comfort, sun space orientation and energetic standard of the aligned building. Unexpectedly, spaces, which define envelopes incorporating collectors in combination with storage technologies both profit and suffer to some extend with respect to thermal comfort.
Voorbereiding op de vervanging van fossiele brandstoffen in de bouwsector blijft een essentieel onderwerp in de bouwkunde. Aangezien de bouwsector nog steeds een van de drie grootste eindverbruikers van energie ter wereld is, is klimaatverandering nauw verbonden met bouwen en ontwerpen.
Wij hebben het archetype van de serre ontwikkeld tot wat het vandaag is : een eenvoudige maar doeltreffende overwegend natuurlijk geventileerde serre en tevens vergroting van de leefruimte. Met de uitvinding van industriële glazen oranjerieën veranderden ze meer en meer van vorstbeschermende omhulsels tot leefruimten waarvan we intussen een thermisch comfort van hoge kwaliteit verwachten.
Maar welk thermisch comfort bieden serres? En in hoeverre kunnen serres zelfvoorzienend zijn door te profiteren van passieve zonnewinsten en, daarbovenop, door overtollige energie op te wekken voor energieneutrale conditionering van op elkaar afgestemde ruimten? Wij leveren gedetailleerde informatie voor deze ontdekte leemte in de kennis.
We weten van het beperkte thermische comfort in zonne-energie ruimtes in de winter.
Dit is de reden voor de inspectie van verschillende collectortechnologieën, die kunnen worden ingebouwd in gevels en specifiek in zonne-energieschilden. Niettemin zijn effectieve in de gevel geïntegreerde collectoren niet effectief in seizoenen met weinig instraling. De mismatch tussen vraag en aanbod die we hebben ervaren met hernieuwbare energiebronnen zet aan tot nadenken over geschikte seizoensgebonden energieopslag, wat het onderzoeksdomein van dit werk vergroot. Dit doctoraatsproject onderzoekt zowel een jaarlijkse empirische testopstellinganalyse als een virtuele simulatie van verschillende georiënteerde en gesitueerde zonruimtes in het buitenland. Zowel de empirische als de theoretische evaluatie resulteren in een holistisch onderzoek dat zich toespitst op een geprefereerde bezettingstijd in termen van cumulatieve frequenties van werkingstemperatuur en besloten lokaal ongemak, van potentieel autarkisch gebruik van de zonruimte en prospectief exergieoverschot voor alternatieve verwarming van uitgelijnde gebouwen. De resultaten zijn geografisch in kaart gebracht voor Duitsland.
Substitutie van fossiele brandstoffen is, voor zover in deze dissertatie uitgewerkt, nauw verbonden met de kwaliteit van het thermisch comfort, de oriëntatie van de zonruimte en de energetische standaard van het uitgelijnde gebouw. Onverwacht is dat ruimten, die een schil hebben waarin collectoren in combinatie met opslagtechnologieën zijn opgenomen, zowel profiteren als in zekere mate lijden onder het thermisch comfort.
