title: Thermal and Visual Performance Assessment and Parametric Improvement of a Historical Educational Building in Greece through Passive Strategies
Creators: name: Marmaridou, Eleni
Publisher: name: TU Wien
Year: 2022
Subjects: subject: Energie- und Tageslichtsimulation
subject: Grasshopper-Schnittstelle
subject: parametrische Studie
subject: Energieeffizienz- und Tageslichtmetriken
subject: thermischer und visueller Komfort
subject: Energy and Daylight Simulation
subject: Grasshopper Interface
subject: Parametric Study
subject: Energy Performance and Daylight Metrics
subject: Thermal and Visual Comfort

description: Dynamische Energie- und Tageslichtsimulationen mit verschiedenen Softwareinstrumenten werden zunehmend verwendet und optimiert, um eine richtige Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden sowie des thermischen und visuellen Komforts zu ermöglichen. Unter diesen Softwaretools bietet Grasshopper, eine parametrische visuelle Skriptschnittstelle, die in der computergestützten Designanwendung Rhinoceros 3D ausgeführt wird, eine zunehmend stabile Umgebung, die über verschiedene Plug-Ins (z. B. Ladybug Tools) mit Energie- und Tageslichtmodellierungs-Engines verbunden ist.Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist zweierlei:- Zum einen wird die Effizienz einer solchen Schnittstelle für dynamische Gebäudeenergie- und Tageslichtsimulationen bewertet,- zum anderen steht die detaillierte Energie- und Tageslichtanalyse und -optimierung eines Schulgebäudes im Mittelpunkt dieser Arbeit.Dabei wird die Bewertung dieses Gebäudes mit den genannten Instrumenten durchgeführt. Das Schulgebäude ist das "Knabengymnasium" der Stadt Drama in Nordgriechenland. Es ist ein Denkmal des kulturellen Erbes Griechenlands, das zwischen 1928 und 1932 erbaut wurde. Der derzeitige Zustand des Gebäudes kann kaum als zufriedenstellend bezeichnet werden, da es nur gelegentlich instandgehalten wird. Es handelt sich um ein repräsentatives Gebäude unter einer Vielzahl von Schulgebäuden, denen der Status des kulturellen Erbes in Griechenland zugewiesen worden ist. Diese Gebäude können laut Gesetzgebung von einer effizienten Nutzung der Energie ausgenommen werden (Τ.Ο.Τ.Ε.Ε., 2017). .Die Studie der Schule wird durchgeführt, indem bestimmte Parameter der vorhandenen thermischen und visuellen Leistung der Schule gesammelt und anhand bestimmter Gebäudeleistungsindikatoren bewertet werden. Diese Indikatoren werden durch Simulationen berechnet und gemäß den bestehenden Vorgaben bewertet. Sie betreffen den Wärmekomfort im Gebäude während der Belegungszeit eines ganzen Jahres sowie die Energie- und Tageslichtleistung der Schule und insbesondere den Heiz-, Kühl- und elektrischen Lichtbedarf für den Energieteil sowie die durchschnittliche Beleuchtungsstärke und Gleichmäßigkeit jeder Wärmezone, räumliche Tageslichtautonomie und Punktblendungswahrscheinlichkeitswerte für den Tageslichtteil. Es muss erwähnt werden, dass der thermische Komfort durch den „adaptiven Komfortrechner“ der Legacy-Plug-ins Ladybug 0.0.69 und Honeybee 0.0.66 bewertet wurde, der den thermischen Komfort der Bewohner für ausschließlich natürlich belüftete, freilaufende Gebäude berechnet . Da es sich bei dem untersuchten Gebäude jedoch nicht um ein freilaufendes Gebäude handelt, ist die Analyse der adaptiven Theorie nicht konsistent, sondern wurde durchgeführt, um einen Eindruck einer relevanten Erkundung zu vermitteln.Anschließend wird ein parametrisches Modell erstellt, das mehrere mögliche Optimierungsmethoden für die oben genannten Kennzahlen vorschlägt, und zwar in Übereinstimmung mit den Vorgaben des "Amtes Moderner Monumente" Griechenlands und durch Umsetzung einer Reihe passiver Maßnahmen. Diese Maßnahmen umfassen das Hinzufügen einer Isolierung zu Außenwand-, Dach- und Bodenkonstruktionen, die Unterbringung verschiedener Innenschirme, Optionen zur Nachrüstung von Fenstern und das Hinzufügen oder nicht von Lichtfächern. Die Ergebnisse der verschiedenen Szenarien werden gleichzeitig mit einem populären Tool zur Erkundung des Designraums visualisiert, das als Design Explorer bezeichnet wird. Mit diesem Tool ist es möglich, die Auswahl der Strategien basierend auf den zu erreichenden Entwurfs- und Planungszielen einzugrenzen. Auf diese Weise können die verschiedenen Leistungsaspekte anhand quantitativer Kennzahlen verglichen werden.Letztendlich können die Ziele und Anforderungen der verschiedenen Interessenten effizient diskutiert und unterstützt werden.
description: Dynamic energy and daylight simulations through different software instruments are increasingly used and optimized to enable the efficient assessment of buildings' energy efficiency and thermal and visual comfort levels. Among these software tools, Grasshopper, a parametric visual scripting interface running within the Rhinoceros 3D application, offers an increasingly stable environment connected to energy and daylight modeling engines via different plug-ins (e.g. Ladybug 0.0.69 and Honeybee 0.0.66 Legacy Plug-ins). The aim of this research is dual. On the one hand, the efficiency of such an interface for dynamic building energy and daylight simulations is assessed. On the other hand, the detailed energy and daylight analysis and improvement of a school building are in focus of this work. Thereby, the assessment of this building is conducted with the mentioned instruments. The school building is the "Boys' High School" of the city of Drama in northern Greece. It is a cultural heritage monument of Greece, built during the period 1928-1932. Currently, the building’s status quo can be considered as poorly and sporadically maintained, as for most school buildings under cultural heritage state in Greece. An important reason that explains this phenomenon is the fact that these buildings can be excluded from the buildings’ efficiency legislation of the country (Τ.Ο.Τ.Ε.Ε., 2017).The school's study is conducted by collecting certain data of the school's existing thermal and visual performance and assessing them through certain building performance indicators. These indicators are computed through simulations and are evaluated according to existing Standards. They concern the thermal comfort inside the building during the occupancy hours of a whole year, as well as the school's energy and daylight performances and in specific, its heating, cooling, and electric light loads for the energy part and the illuminance, uniformity, spatial daylight autonomy and point glare probability values for the daylight part. It has to be mentioned that the thermal comfort was assessed through the “adaptive comfort calculator” of the Ladybug 0.0.69 and Honeybee 0.0.66 Legacy Plug-ins which calculates the occupants’ thermal comfort levels for solely naturally ventilated, free-running buildings. Since the building studied though is not a free-running one, the analysis of the adaptive theory is not consistent, but it was conducted to give an impression of a relevant exploration.Subsequently, a parametric model that suggests multiple possible improvement methods for the above-mentioned indicators is created, in accordance with the Standards of the "Ephorate of Contemporary Monuments" of Greece and by implementing a set of passive strategies. These strategies include the addition of insulation to the exterior wall, roof, and floor constructions, the implementation of different interior shades, various window retrofit options, and the addition of light shelves. The results of the different scenarios are visualized through a popular design space exploration tool, known as Design Explorer. Through this tool, it is possible to narrow down the selection of strategies based on the design and planning goals that are to be achieved. In this way, the different performance aspects can be compared based on quantitative metrics. As a result, the goals and requirements of the different interested parties can be discussed and supported efficiently.