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Recent studies on the environmental performance of additive manufacturing (AM) have shown that AM exhibits both complex potentials and challenges at different life stages compared to conventional manufacturing. To assess and ensure the environmental benefits of AM during the design phase, an eco-design approach is required. Existing eco-design for AM approaches described in the literature mainly focus on the use of lifecycle assessment (LCA) to analyze the environmental impacts of AM-specific design solutions. However, since LCA requires a full-process chain model and detailed inventory data, it can only be performed after the design process or in a subsequent design stage. To integrate evaluation activities into the middle stage of the design process, energy performance assessment can be used as an alternative evaluation tool in eco-design for AM. However, the literature still lacks an eco-design for AM method based on energy performance quantification and assessment. By addressing this research problem, this dissertation contributes to the development of a holistic framework to implement eco-design for AM using energy performance assessment. This framework consists of the following three parts: a simulation tool for energy prediction in the design phase; an energy performance assessment model for AM; and a method for carrying out activities in eco-design for AM. To demonstrate the feasibility of the proposed method, three use cases are performed. Based on these use cases, it is concluded that with the use of the proposed method, AM designers will be able to select and develop optimal design solutions based on the energy performance of AM in the middle design stage.
Brasilien ist flächenmäßig das fünftgrößte Land der Welt, mit einer in den letzten Jahrzenten dynamisch wachsenden Bevölkerung von heute mehr als 200 Millionen Einwohnern. Infolge steigender Komfortansprüche ist ein gleichzeitig wachsender Energieverbrauch festzustellen. Bei den aus dem westlichen Ausland übernommenen Architekturen, Konstruktionen und Materialien sind integrierte Klimaanlagen baulicher Standard. Innerhalb staatlicher Wirtschaftsprogramme werden die Bauausführungen für den sozialen Wohnungsbau offiziell standardisiert. Je nach Flächenbedarf und Einkommensverhältnissen bieten die Wohnungsbaugesellschaften den Bewohnern preiswerte und finanzierungsgünstige Standard-Wohneinheiten und -Häuser an, die sogenannte Casa Popular. Dünne Wände führen zur Kostenreduktion, aber auch zur thermisch-ineffizienten Gebäudehülle. Dieses aus pragmatischem Regierungsprogramm abgeleitete Musterhausdenken und die klimazonenunabhängige Struktur und Konstruktion führen aus den verschiedensten Gründen zu ungenügenden Behaglichkeitswerten.
Ein ebenso weit verbreiteter Wohnhaustyp aus der Kolonialzeit, die Casa Térrea (Lehmbau aus dem 17. Jhd.), bot über Jahrhunderte hindurch und bietet bis heute den Familien aus vergleichbaren Verhältnissen adäquaten Wohnraum an. Obwohl der Haustyp in allen acht Klimazonen strukturell und konstruktiv nahezu identisch in ganz Brasilien vorzufinden ist, gelten für diese Häuser im Vergleich zur heutigen Casa Popular bessere Behaglichkeitswerte.
Mit Hilfe der energetisch-dynamischen Simulation wird der Haustyp Casa Popular (zeitgenössischer, standardisierter Haustyp) hinsichtlich der energetischen Effizienz und Behaglichkeit für Standorte für vier von insgesamt acht ausgewählten Klimazonen Brasiliens simuliert und ausgewertet. Untersucht wird, inwieweit der zeitgemäße Wohnungsbau Brasiliens durch architektonisch-konstruktive Maßnahmen thermisch und energetisch effizienter umgesetzt werden kann. Zielsetzung ist es, ein Maximum der Behaglichkeit allein durch passive, energieverbrauchssenkende und wirtschaftliche Maßnahmen zu erreichen.