WEREX ist die auf den Freistaat Sachsen adaptierte Version des statistischen Regionalisierungsverfahrens WETTREG zur Erzeugung von regionalen Klimaprojektionen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts. Mit diesem Vorhaben erfolgte eine Weiterentwicklung zur Version WEREX-VI. Das Ensemble umfasst die Szenarienfamilien RCP (2.6 | 4.5 | 8.5) und SRES (A1B) und besteht aus stationsbezogenen Zeitreihen mit Tageswerten für Klimaelemente im Zeitraum 1951 bis 2100 für das Gebiet des Freistaates Sachsen, einschließlich Randstreifen (inklusive Polen, Tschechien). Die Veröffentlichung dokumentiert das WEREX-VI-Ensemble und richtet sich an Klima- und Klimafolgenforscher. Redaktionsschluss: 03.02.2020

Der lokalen Ebene wird im weltweiten Anpassungsprozess an die Folgen des Klimawandels eine entscheidende Rolle zugedacht. Für den bundesdeutschen Raum wird in der vorliegenden Arbeit die kommunale Gemeinschaft aus Bürgern, Politik, Verwaltung und Wirtschaft als diejenige Akteurskonstellation identifiziert, in der sich eine auf dem kooperativ-strategischen Leitbild basierende lokale Klimafolgenanpassung nachhaltig implementieren lässt. Der Kommunalverwaltung und -politik schreibt die Arbeit hierbei im Sinne eines Good Local Climate Change Adaptation Governance die Initiierungs-, Koordinierungs- und Moderationsfunktion für den komplexen Adaptionsprozess zu. Dass sich dieser auf der kommunalen Ebene noch nicht etabliert hat, wird in der Arbeit durch eine empirische Untersuchung in der Metropolregion Hannover-Braunschweig-Göttingen-Wolfsburg beispielhaft aufgezeigt. Zum Abbau der Diskrepanz zwischen der exponierten Rollenzuteilung und der empirischen Wirklichkeit in den Kommunen, entwickelt die Dissertation ein methodengestütztes Prozessmodell zum kommunalen Klimafolgenmanagement. Dieses bildet einen idealisierten Verlauf des kommunalen Anpassungsprozesses ab und diskutiert unterstützende Werkzeuge zur Umsetzung der einzelnen Prozessphasen. Die Praxistauglichkeit des entwickelten Modells wird im Rahmen einer Fallstudie in der Region Lachte-Lutter-Lüß demonstriert.

Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung und Anwendung des Klimawirkungsmoduls des ICLIPS-Modells, eines integrierten Modells des Klimawandels ('Integrated Assessment'-Modell). Vorangestellt ist eine Diskussion des gesellschaftspolitischen Kontexts, in dem modellbasiertes 'Integrated Assessment' stattfindet, aus der wichtige Anforderungen an die Spezifikation des Klimawirkungsmoduls abgeleitet werden. <br /> <br /> Das 'Integrated Assessment' des Klimawandels umfasst eine weiten Bereich von Aktivitäten zur wissenschaftsbasierten Unterstützung klimapolitischer Entscheidungen. Hierbei wird eine Vielzahl von Ansätzen verfolgt, um politikrelevante Informationen über die erwarteten Auswirkungen des Klimawandels zu berücksichtigen. Wichtige Herausforderungen in diesem Bereich sind die große Bandbreite der relevanten räumlichen und zeitlichen Skalen, die multifaktorielle Verursachung vieler 'Klimafolgen', erhebliche wissenschaftliche Unsicherheiten sowie die Mehrdeutigkeit unvermeidlicher Werturteile. Die Entwicklung eines hierarchischen Konzeptmodells erlaubt die Strukturierung der verschiedenen Ansätze sowie die Darstellung eines mehrstufigen Entwicklungsprozesses, der sich in der Praxis und der zu Grunde liegenden Theorie von Studien zur Vulnerabilität hinsichtlich des Klimawandels wiederspiegelt. <br /> <br /> 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels sind wissenschaftliche Werkzeuge, welche eine vereinfachte Beschreibung des gekoppelten Mensch-Klima-Systems enthalten. Die wichtigsten entscheidungstheoretischen Ansätze im Bereich des modellbasierten 'Integrated Assessment' werden im Hinblick auf ihre Fähigkeit zur adäquaten Darstellung klimapolitischer Entscheidungsprobleme bewertet. Dabei stellt der 'Leitplankenansatz' eine 'inverse' Herangehensweise zur Unterstützung klimapolitischer Entscheidungen dar, bei der versucht wird, die Gesamtheit der klimapolitischen Strategien zu bestimmen, die mit einer Reihe von zuvor normativ bestimmten Mindestkriterien (den sogenannten 'Leitplanken') verträglich sind. Dieser Ansatz verbindet bis zu einem gewissen Grad die wissenschaftliche Strenge und Objektivität simulationsbasierter Ansätze mit der Fähigkeit von Optimierungsansätzen, die Gesamtheit aller Entscheidungsoptionen zu berücksichtigen. Das ICLIPS-Modell ist das erste 'Integrated Assessment'-Modell des Klimawandels, welches den Leitplankenansatz implementiert. <br /> <br /> Die Darstellung von Klimafolgen ist eine wichtige Herausforderung für 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels. Eine Betrachtung bestehender 'Integrated Assessment'-Modelle offenbart große Unterschiede in der Berücksichtigung verschiedener vom Klimawandel betroffenen Sektoren, in der Wahl des bzw. der Indikatoren zur Darstellung von Klimafolgen, in der Berücksichtigung nicht-klimatischer Entwicklungen einschließlich gezielter Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel, in der Behandlung von Unsicherheiten und in der Berücksichtigung von 'singulären' Ereignissen. 'Integrated Assessment'-Modelle, die auf einem Inversansatz beruhen, stellen besondere Anforderungen an die Darstellung von Klimafolgen. Einerseits muss der Detaillierungsgrad hinreichend sein, um Leitplanken für Klimafolgen sinnvoll definieren zu können; andererseits muss die Darstellung effizient genug sein, um die Gesamtheit der möglichen klimapolitischen Strategien erkunden zu können. Großräumige Singularitäten können häufig durch vereinfachte dynamische Modelle abgebildet werden. Diese Methode ist jedoch weniger geeignet für reguläre Klimafolgen, bei denen die Bestimmung relevanter Ergebnisse in der Regel die Berücksichtigung der Heterogenität von klimatischen, naturräumlichen und sozialen Faktoren auf der lokalen oder regionalen Ebene erfordert. <br /> <br /> Klimawirkungsfunktionen stellen sich als die geeignetste Darstellung regulärer Klimafolgen im ICLIPS-Modell heraus. Eine Klimawirkungsfunktion beschreibt in aggregierter Form die Reaktion eines klimasensitiven Systems, wie sie von einem geographisch expliziten Klimawirkungsmodell für eine repräsentative Teilmenge möglicher zukünftiger Entwicklungen simuliert wurde. Die in dieser Arbeit vorgestellten Klimawirkungsfunktionen nutzen die globale Mitteltemperatur sowie die atmosphärische CO2-Konzentration als Prädiktoren für global und regional aggregierte Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche Ökosysteme, die landwirtschaftliche Produktion und die Wasserverfügbarkeit. Die Anwendung einer 'Musterskalierungstechnik' ermöglicht hierbei die Berücksichtigung der regionalen und saisonalen Muster des Klimaänderungssignals aus allgemeinen Zirkulationsmodellen, ohne die Effizienz der dynamischen Modellkomponenten zu beeinträchtigen. <br /> <br /> Bemühungen zur quantitativen Abschätzung zukünftiger Klimafolgen sehen sich bei der Wahl geeigneter Indikatoren in der Regel einem Zielkonflikt zwischen der Relevanz eines Indikators für Entscheidungsträger und der Zuverlässigkeit, mit der dieser bestimmt werden kann, gegenüber. Eine Reihe von nichtmonetären Indikatoren zur aggregierten Darstellung von Klimafolgen in Klimawirkungsfunktionen wird präsentiert, welche eine Balance zwischen diesen beiden Zielen anstreben und gleichzeitig die Beschränkungen berücksichtigen, die sich aus anderen Komponenten des ICLIPS-Modells ergeben. Klimawirkungsfunktionen werden durch verschiedene Typen von Diagrammen visualisiert, welche jeweils unterschiedliche Perspektiven auf die Ergebnismenge der Klimawirkungssimulationen erlauben.<br /> <br /> Die schiere Anzahl von Klimawirkungsfunktionen verhindert ihre umfassende Darstellung in dieser Arbeit. Ausgewählte Ergebnisse zu Veränderungen in der räumlichen Ausdehnung von Biomen, im landwirtschaftlichen Potential verschiedener Länder und in der Wasserverfügbarkeit in mehreren großen Einzugsgebieten werden diskutiert. Die Gesamtheit der Klimawirkungsfunktionen wird zugänglich gemacht durch das 'ICLIPS Impacts Tool', eine graphische Benutzeroberfläche, die einen bequemen Zugriff auf über 100.000 Klimawirkungsdiagramme ermöglicht. Die technischen Aspekte der Software sowie die zugehörige Datenbasis wird beschrieben. <br /> <br /> Die wichtigste Anwendung von Klimawirkungsfunktionen ist im 'Inversmodus', wo sie genutzt werden, um Leitplanken zur Begrenzung von Klimafolgen in gleichzeitige Randbedingungen für Variablen aus dem optimierenden ICLIPS-Klima-Weltwirtschafts-Modell zu übersetzen. Diese Übersetzung wird ermöglicht durch Algorithmen zur Bestimmung von Mengen erreichbarer Klimazustände ('reachable climate domains') sowie zur parametrisierten Approximation zulässiger Klimafenster ('admissible climate windows'), die aus Klimawirkungsfunktionen abgeleitet werden. Der umfassende Bestand an Klimawirkungsfunktionen zusammen mit diesen Algorithmen ermöglicht es dem integrierten ICLIPS-Modell, in flexibler Weise diejenigen klimapolitischen Strategien zu bestimmen, welche bestimmte in biophysikalischen Einheiten ausgedrückte Begrenzungen von Klimafolgen explizit berücksichtigen. Diese Möglichkeit bietet kein anderes intertemporal optimierendes 'Integrated Assessment'-Modell. Eine Leitplankenanalyse mit dem integrierten ICLIPS-Modell unter Anwendung ausgewählter Klimawirkungsfunktionen für Veränderungen natürlicher Ökosysteme wird beschrieben. In dieser Analyse werden so genannte 'notwendige Emissionskorridore' berechnet, die vorgegebene Beschränkungen hinsichtlich der maximal zulässigen globalen Vegetationsveränderungen und der regionalen Klimaschutzkosten berücksichtigen. Dies geschieht sowohl für eine 'Standardkombination' der drei gewählten Kriterien als auch für deren systematische Variation. <br /> <br /> Eine abschließende Diskussion aktueller Entwicklungen in der 'Integrated Assessment'-Modellierung stellt diese Arbeit mit anderen einschlägigen Bemühungen in Beziehung. / This thesis describes the development and application of the impacts module of the ICLIPS model, a global integrated assessment model of climate change. The presentation of the technical aspects of this model component is preceded by a discussion of the sociopolitical context for model-based integrated assessments, which defines important requirements for the specification of the model.<br /> <br /> Integrated assessment of climate change comprises a broad range of scientific efforts to support the decision-making about objectives and measures for climate policy, whereby many different approaches have been followed to provide policy-relevant information about climate impacts. Major challenges in this context are the large diversity of the relevant spatial and temporal scales, the multifactorial causation of many climate impacts', considerable scientific uncertainties, and the ambiguity associated with unavoidable normative evaluations. A hierarchical framework is presented for structuring climate impact assessments that reflects the evolution of their practice and of the underlying theory.<br /> <br /> Integrated assessment models of climate change (IAMs) are scientific tools that contain simplified representations of the relevant components of the coupled society-climate system. The major decision-analytical frameworks for IAMs are evaluated according to their ability to address important aspects of the pertinent social decision problem. The guardrail approach is presented as an inverse' framework for climate change decision support, which aims to identify the whole set of policy strategies that are compatible with a set of normatively specified constraints (guardrails'). This approach combines, to a certain degree, the scientific rigour and objectivity typical of predictive approaches with the ability to consider virtually all decision options that is at the core of optimization approaches. The ICLIPS model is described as the first IAM that implements the guardrail approach.<br /> <br /> The representation of climate impacts is a key concern in any IAM. A review of existing IAMs reveals large differences in the coverage of impact sectors, in the choice of the impact numeraire(s), in the consideration of non-climatic developments, including purposeful adaptation, in the handling of uncertainty, and in the inclusion of singular events. IAMs based on an inverse approach impose specific requirements to the representation of climate impacts. This representation needs to combine a level of detail and reliability that is sufficient for the specification of impact guardrails with the conciseness and efficiency that allows for an exploration of the complete domain of plausible climate protection strategies. Large-scale singular events can often be represented by dynamic reduced-form models. This approach, however, is less appropriate for regular impacts where the determination of policy-relevant results generally needs to consider the heterogeneity of climatic, environmental, and socioeconomic factors at the local or regional scale.<br /> <br /> Climate impact response functions (CIRFs) are identified as the most suitable reduced-form representation of regular climate impacts in the ICLIPS model. A CIRF depicts the aggregated response of a climate-sensitive system or sector as simulated by a spatially explicit sectoral impact model for a representative subset of plausible futures. In the CIRFs presented here, global mean temperature and atmospheric CO2 concentration are used as predictors for global and regional impacts on natural vegetation, agricultural crop production, and water availability. Application of a pattern scaling technique makes it possible to consider the regional and seasonal patterns in the climate anomalies simulated by several general circulation models while ensuring the efficiency of the dynamic model components.<br /> <br /> Efforts to provide quantitative estimates of future climate impacts generally face a trade-off between the relevance of an indicator for stakeholders and the exactness with which it can be determined. A number of non-monetary aggregated impact indicators for the CIRFs is presented, which aim to strike the balance between these two conflicting goals while taking into account additional constraints of the ICLIPS modelling framework. Various types of impact diagrams are used for the visualization of CIRFs, each of which provides a different perspective on the impact result space.<br /> <br /> The sheer number of CIRFs computed for the ICLIPS model precludes their comprehensive presentation in this thesis. Selected results referring to changes in the distribution of biomes in different biogeographical regions, in the agricultural potential of various countries, and in the water availability in selected major catchments are discussed. The full set of CIRFs is accessible via the ICLIPS Impacts Tool, a graphical user interface that provides convenient access to more than 100,000 impact diagrams developed for the ICLIPS model. The technical aspects of the software are described as well as the accompanying database of CIRFs.<br /> <br /> The most important application of CIRFs is in inverse' mode, where they are used to translate impact guardrails into simultaneous constraints for variables from the optimizing ICLIPS climate-economy model. This translation is facilitated by algorithms for the computation of reachable climate domains and for the parameterized approximation of admissible climate windows derived from CIRFs. The comprehensive set of CIRFs, together with these algorithms, enables the ICLIPS model to flexibly explore sets of climate policy strategies that explicitly comply with impact guardrails specified in biophysical units. This feature is not found in any other intertemporally optimizing IAM. A guardrail analysis with the integrated ICLIPS model is described that applies selected CIRFs for ecosystem changes. So-called necessary carbon emission corridors' are determined for a default choice of normative constraints that limit global vegetation impacts as well as regional mitigation costs, and for systematic variations of these constraints.<br /> <br /> A brief discussion of recent developments in integrated assessment modelling of climate change connects the work presented here with related efforts.

In nie dagewesener Größenordnung greift der Mensch durch die Verbrennung fossiler Energieträger und der weiträumigen Umgestaltung der Landoberfläche in die globale Umwelt ein. Klimawandel und Übernutzung natürlicher Ressourcen könnten schon in diesem Jahrhundert die Anpassungsfähigkeiten vieler ökologischer und sozialer Systeme übersteigen und somit zu Konflikten und politischer Destabilisierung führen. Vor diesem Hintergrund soll diese Studie zu einem besseren Verständnis der wichtigsten globalen Triebkräfte beitragen, die die Entwicklung der terrestrischen Biosphäre in diesem Jahrhundert prägen werden: Klimawandel und menschliche Landnutzung. Auf der Basis eines Dynamischen Globalen Vegetationsmodells werden im ersten Teil der vorliegenden Arbeit zwei große klimatische Störungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs untersucht, die innerhalb der letzten drei Jahrzehnte beobachtet wurden. Im Fordergrund steht die Frage, wie sich die Veränderungen von Temperatur-, Niederschlags- und Strahlungsbedingungen auf pflanzliche Produktivität und Zersetzungsprozesse im Boden auswirkten. Es zeigt sich, dass vermehrte Kohlenstoffspeicherung in der Landbiosphäre den überwiegenden Teil der atmosphärischen CO2 Anomalien erklärt. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der weltweit steigenden Nachfrage nach Bioenergie, die aufgrund des flächenintensiven Anbaus von Biomasse zur wichtigsten Triebkraft für zukünftige Landnutzungsänderungen werden könnte. Aus der Kombination von Vegetationsmodellierung und räumlichen Datenanalysen werden globale Bioenergiepotentiale unter Berücksichtigung verschiedener Nachhaltigkeitsanforderungen bestimmt und mögliche ökologische Auswirkungen des großräumigen Anbaus von Energiepflanzen abgeschätzt. Im Jahr 2050 könnten demnach 15-25% des weltweiten Energiebedarfs durch Bioenergie abgedeckt werden. Dafür müssten allerdings natürliche Ökosysteme in großem Umfang in Agrarland umgewandelt werden. / Human activities, primarily the combustion of fossil fuels and the global modification of the land surface, are transforming the Earth System at unprecedented scale. Climate change and the overexploitation of natural resources may soon overwhelm the adaptive capacities of many ecosystems and societies, which could lead to substantial losses in human well-being and political destabilization. In this context, it is the goal of this thesis to contribute to a better understanding of the most important global drivers that will determine the future of the land biosphere during this century: climate change and human land use. Based on a Dynamic Global Vegetation Model (DGVM), the first part of this thesis examines two large climatic disturbances of the terrestrial carbon cycle that were observed during the last three decades. These analyses focus on the effects of changes in temperature, precipitation and radiation on plant productivity and soil decomposition. Results indicate that increased carbon storage in the land biosphere explains the most part of the atmospheric CO2 anomaly. The second part of this thesis addresses the worldwide increasing demand for bioenergy that may become the most important driver of future land use change due to the large area requirements of biomass cultivation. A combination of vegetation modeling and spatial data analyses is used to assess global bioenergy potentials that consider various sustainability requirements for food security, biodiversity protection and the reduction of greenhouse gas emissions and to evaluate the environmental impacts of large-scale energy crop cultivation. The results indicate that bioenergy may provide between 15 and 25% of the global energy demand in 2050. Exploiting these potentials, however, requires the conversion of large amounts of natural vegetation into agricultural land affecting a large number of ecosystems already fragmented and degraded by land use change.

Seit Beginn der Industrialisierung ist ein starker Anstieg der anthropogenen Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre zu verzeichnen, der zu einer Veränderung des Klimas auf der Erde führt. Schon heute sind die Auswirkungen auf die Umwelt und zahlreiche Bereiche des täglichen Lebens zu beobachten. Diese werden sich mit fortschreitendem Klimawandel noch verstärken. Auch das Bauwesen muss sich auf die sich verändernden klimatischen Einwirkungen wie beispielsweise Sommerhitze, Überflutung, Starkregen, Hagel und Wind einstellen. Für keine der genannten klimatischen Einwirkungen ist das Änderungssignal in den Klimaprojektionen so eindeutig wie für die Sommerhitze. Aus diesem Grund wird der Handlungsbedarf beim sommerlichen Wärmeschutz als besonders hoch eingeschätzt. In den westlichen Industriestaaten halten sich Erwachsene während des Sommers circa 80 % der Zeit in Innenräumen auf. Deshalb ist das Innenraumklima von entscheidender Bedeutung für die Behaglichkeit, die geistige Leistungsfähigkeit und die Gesundheit des Menschen. Wie sich der Klimawandel auf die gebaute Umwelt in Deutschland auswirkt, ist weitestgehend unerforscht. Es ist zu klären, ob nur einzelne baukonstruktive Details, die heutigen Bemessungsregeln oder sogar grundsätzliche Entwurfsprinzipien für Gebäude überdacht werden müssen. Das Ziel der Arbeit ist, eine Untersuchungsmethodik zu entwickeln, mit der die Auswirkungen des bereits beobachteten und des zu erwartenden Klimawandels auf den sommerlichen Wärmeschutz bestehender Bürogebäude beurteilt werden können. Erst dadurch lässt sich ein etwaiger Handlungsbedarf objektiv feststellen und begründen. Ein weiteres wesentliches Ziel besteht darin, beispielhafte Anpassungsmaßnahmen in Abhängigkeit der jeweiligen Baukonstruktion zu entwickeln, mit denen auch in Zukunft die sommerliche Behaglichkeit in bestehenden Bürogebäuden sichergestellt werden kann. Von besonderem Interesse ist dabei die Frage, ob baukonstruktive Maßnahmen allein in Zukunft ausreichen können oder ob zusätzlich anlagentechnische Lösungen zur technischen Kühlung unumgänglich werden. Die entwickelten Anpassungsmaßnahmen sollen die Grundlage für Gebäudekonzepte und Fassadenkonstruktionen sein, welche auch bei fortschreitendem Klimawandel die Anforderungen an die Behaglichkeit und den sommerlichen Wärmeschutz erfüllen. Des Weiteren soll eine Methode zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Klimaanpassungsmaßnahmen aufgezeigt werden. Um untersuchen zu können, inwieweit die Verletzbarkeit infolge zunehmender Sommerhitze und der entsprechende Anpassungsbedarf von der Baukonstruktion abhängen, wurden drei Bürogebäude unterschiedlicher Baualtersstufen ausgewählt und mittels dynamisch-thermischer Gebäudesimulation analysiert. Die dynamisch-thermische Gebäudesimulation ist aktuell die detaillierteste Methode zur Beurteilung des sommerlichen Wärmeschutzes. Nur mit ihr können komplexe Gebäudekonzepte oder automatisierte Systeme ausreichend genau nachgebildet werden. Zur Abbildung des bereits stattgefundenen und des projizierten Klimawandels wurden fünf Klimadatensätze verwendet, mit denen der Klimawandel von der Mitte des 20. Jahrhunderts bis zum Ende des 21. Jahrhunderts dargestellt werden kann. Die Schwachpunkte der drei untersuchten Gebäude wurden analysiert und darauf aufbauend detaillierte Anpassungsvorschläge ausgearbeitet und wiederum über Simulationen bewertet. Umfangreiche Detailzeichnungen zu den angepassten Gebäudekonzepten und Fassadenkonstruktionen sollen eine Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis erleichtern. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, den durch diese Maßnahmen erzielten Nutzen in Geldeinheiten zu bewerten. Dadurch können Klimaanpassungsmaßnahmen einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung über Investitionsrechenverfahren zugeführt werden. / Since the beginning of industrialization, a large increase of anthropogenic greenhouse gas concentrations in the atmosphere has been detected. This increase is the main cause for the observed climate change. The impacts of climate change on the environment and numerous aspects of human lives have been visible and will become more and more threatening with ongoing climate change. Civil engineering has to deal with changing climate-related hazards such as summer heat, flooding, torrential rain, hail and storm. For none of the mentioned climatic impacts on buildings, the climate change signal is as unambiguous and robust as for summer heat. Thus, actions to protect from summer overheating are highly required. During summer, adults in the Western industrialized states spend about 80 % of their time indoors. Therefore, indoor climate is of essential importance for comfort, mental performance and human health. The impacts of climate change on the built environment in Germany are rarely investigated. It has to be determined whether the building construction details, current design regulations or the design principles have to be revised. This thesis aims to develop a research methodology, which evaluates the impacts of the observed and expected climate change on the protection against summer overheating of existing office buildings. Only thus a possible need for action can be objectively determined and justified. Another major objective is the development of exemplary adaptation measures for various building construction types to ensure the comfort in existing office buildings during summer. Of particular interest is the question if it will be sufficient in the future to use only passive measures or if it will be unavoidable to install technical cooling capacities. The developed adaptation measures should be the basis for building concepts and façade constructions that are able to guarantee high comfort and an improved protection against summer overheating. Furthermore, a method to evaluate the economic efficiency of adaptation measures is demonstrated. To investigate the relationship between building construction and vulnerability, three buildings of different construction year categories have been analyzed using dynamic thermal building simulations. At present, the dynamic thermal building simulation is the most detailed method for evaluating the protection against summer overheating. This is the only method which is able to reproduce complex building concepts and automated systems in sufficient detail. In order to demonstrate the impacts of the observed and projected climate change on buildings between the middle of the 20th century and the end of the 21st century, five climate datasets have been applied. The weak points of the three investigated buildings have been analyzed. Based on this, detailed adaptation measures have been developed and evaluated by thermal building simulations. Comprehensive drawings, which show the adapted building concepts and façade details, will facilitate the application in practice. Different possibilities are demonstrated to express the achieved benefit from the adaptation measures in monetary units. Therefore, adaptation measures can be assessed by investment calculations.

Seit Beginn der Industrialisierung ist ein starker Anstieg der anthropogenen Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre zu verzeichnen, der zu einer Veränderung des Klimas auf der Erde führt. Schon heute sind die Auswirkungen auf die Umwelt und zahlreiche Bereiche des täglichen Lebens zu beobachten. Diese werden sich mit fortschreitendem Klimawandel noch verstärken. Auch das Bauwesen muss sich auf die sich verändernden klimatischen Einwirkungen wie beispielsweise Sommerhitze, Überflutung, Starkregen, Hagel und Wind einstellen. Für keine der genannten klimatischen Einwirkungen ist das Änderungssignal in den Klimaprojektionen so eindeutig wie für die Sommerhitze. Aus diesem Grund wird der Handlungsbedarf beim sommerlichen Wärmeschutz als besonders hoch eingeschätzt. In den westlichen Industriestaaten halten sich Erwachsene während des Sommers circa 80 % der Zeit in Innenräumen auf. Deshalb ist das Innenraumklima von entscheidender Bedeutung für die Behaglichkeit, die geistige Leistungsfähigkeit und die Gesundheit des Menschen. Wie sich der Klimawandel auf die gebaute Umwelt in Deutschland auswirkt, ist weitestgehend unerforscht. Es ist zu klären, ob nur einzelne baukonstruktive Details, die heutigen Bemessungsregeln oder sogar grundsätzliche Entwurfsprinzipien für Gebäude überdacht werden müssen. Das Ziel der Arbeit ist, eine Untersuchungsmethodik zu entwickeln, mit der die Auswirkungen des bereits beobachteten und des zu erwartenden Klimawandels auf den sommerlichen Wärmeschutz bestehender Bürogebäude beurteilt werden können. Erst dadurch lässt sich ein etwaiger Handlungsbedarf objektiv feststellen und begründen. Ein weiteres wesentliches Ziel besteht darin, beispielhafte Anpassungsmaßnahmen in Abhängigkeit der jeweiligen Baukonstruktion zu entwickeln, mit denen auch in Zukunft die sommerliche Behaglichkeit in bestehenden Bürogebäuden sichergestellt werden kann. Von besonderem Interesse ist dabei die Frage, ob baukonstruktive Maßnahmen allein in Zukunft ausreichen können oder ob zusätzlich anlagentechnische Lösungen zur technischen Kühlung unumgänglich werden. Die entwickelten Anpassungsmaßnahmen sollen die Grundlage für Gebäudekonzepte und Fassadenkonstruktionen sein, welche auch bei fortschreitendem Klimawandel die Anforderungen an die Behaglichkeit und den sommerlichen Wärmeschutz erfüllen. Des Weiteren soll eine Methode zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Klimaanpassungsmaßnahmen aufgezeigt werden. Um untersuchen zu können, inwieweit die Verletzbarkeit infolge zunehmender Sommerhitze und der entsprechende Anpassungsbedarf von der Baukonstruktion abhängen, wurden drei Bürogebäude unterschiedlicher Baualtersstufen ausgewählt und mittels dynamisch-thermischer Gebäudesimulation analysiert. Die dynamisch-thermische Gebäudesimulation ist aktuell die detaillierteste Methode zur Beurteilung des sommerlichen Wärmeschutzes. Nur mit ihr können komplexe Gebäudekonzepte oder automatisierte Systeme ausreichend genau nachgebildet werden. Zur Abbildung des bereits stattgefundenen und des projizierten Klimawandels wurden fünf Klimadatensätze verwendet, mit denen der Klimawandel von der Mitte des 20. Jahrhunderts bis zum Ende des 21. Jahrhunderts dargestellt werden kann. Die Schwachpunkte der drei untersuchten Gebäude wurden analysiert und darauf aufbauend detaillierte Anpassungsvorschläge ausgearbeitet und wiederum über Simulationen bewertet. Umfangreiche Detailzeichnungen zu den angepassten Gebäudekonzepten und Fassadenkonstruktionen sollen eine Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis erleichtern. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, den durch diese Maßnahmen erzielten Nutzen in Geldeinheiten zu bewerten. Dadurch können Klimaanpassungsmaßnahmen einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung über Investitionsrechenverfahren zugeführt werden. / Since the beginning of industrialization, a large increase of anthropogenic greenhouse gas concentrations in the atmosphere has been detected. This increase is the main cause for the observed climate change. The impacts of climate change on the environment and numerous aspects of human lives have been visible and will become more and more threatening with ongoing climate change. Civil engineering has to deal with changing climate-related hazards such as summer heat, flooding, torrential rain, hail and storm. For none of the mentioned climatic impacts on buildings, the climate change signal is as unambiguous and robust as for summer heat. Thus, actions to protect from summer overheating are highly required. During summer, adults in the Western industrialized states spend about 80 % of their time indoors. Therefore, indoor climate is of essential importance for comfort, mental performance and human health. The impacts of climate change on the built environment in Germany are rarely investigated. It has to be determined whether the building construction details, current design regulations or the design principles have to be revised. This thesis aims to develop a research methodology, which evaluates the impacts of the observed and expected climate change on the protection against summer overheating of existing office buildings. Only thus a possible need for action can be objectively determined and justified. Another major objective is the development of exemplary adaptation measures for various building construction types to ensure the comfort in existing office buildings during summer. Of particular interest is the question if it will be sufficient in the future to use only passive measures or if it will be unavoidable to install technical cooling capacities. The developed adaptation measures should be the basis for building concepts and façade constructions that are able to guarantee high comfort and an improved protection against summer overheating. Furthermore, a method to evaluate the economic efficiency of adaptation measures is demonstrated. To investigate the relationship between building construction and vulnerability, three buildings of different construction year categories have been analyzed using dynamic thermal building simulations. At present, the dynamic thermal building simulation is the most detailed method for evaluating the protection against summer overheating. This is the only method which is able to reproduce complex building concepts and automated systems in sufficient detail. In order to demonstrate the impacts of the observed and projected climate change on buildings between the middle of the 20th century and the end of the 21st century, five climate datasets have been applied. The weak points of the three investigated buildings have been analyzed. Based on this, detailed adaptation measures have been developed and evaluated by thermal building simulations. Comprehensive drawings, which show the adapted building concepts and façade details, will facilitate the application in practice. Different possibilities are demonstrated to express the achieved benefit from the adaptation measures in monetary units. Therefore, adaptation measures can be assessed by investment calculations.