The theoretical part of the thesis is devoted to the issue thermal insulation plasters which can be applied in the remediation of buildings. The practical part deals with optimizing the composition of thermal insulation plaster-based lightweight aggregate of the foam glass and with possible substitution of cement for other binders with latent hydraulic properties. The resultant plaster should meet the best ratio of mechanical and thermal insulating properties.

In dieser Arbeit wird eine einheitliche physikalische Beschreibung des Feuchtespeicherverhaltens poröser Materialien gegeben, und ein anwendungsorientiertes Modell daraus abgeleitet. Insbesondere wird die Hysteresis der Feuchtespeicherung berücksichtigt. Die thermodynamischen Grundlagen der Feuchtespeicherung werden vollständig abgeleitet. Die Energie des kondensierten Wassers wird durch die Energie der freien Flüssigphase zuzüglich einer Porenwechselwirkungsenergie dargestellt. Um das Kondensationsverhalten zu beschreiben, wird ein thermodynamisches Kondensationspotential eingeführt; dabei werden ein Ungleichgewicht zwischen Kondensatphase und Wasserdampf sowie mehrere unabhängige Wassergehalte im Porensystem zur Darstellung der Hysteresis berücksichtigt. Für verschiedene in der Literatur beschriebene Sorptionsprozesse wird mit einheitlichen Zustandsgrössen das Kondensationspotential berechnet. Die Hysteresis wird als verzögerte Bewegung des Systemzustandes in der Berg- und Tallandschaft des Kondensationspotentials interpretiert. Es wurden an 11 Materialien Sorptionsmessungen im hygroskopischen Luftfeuchtebereich (0-92% RH) durchgeführt: Eine Adsorptionskurve und mehrere Desorptionskurven, sowie eine Langzeitmessung der Feuchteaufnahme bei 92% RH. Aus dem Adsorptions-Desorptionsverhältnis entnimmt man, dass der Hysteresis-Effekt typischerweise etwa 20% ausmacht. Mit den Messungen werden für alle Materialien das Modell der unabhängigen Domänen, das hysteretische thermodynamische Kondensationspotential und das Sorptionskurvensystem parametrisiert. Die Feuchteaufnahme bei dem Langzeitexperiment lässt sich durch eine bimodale Exponentialfunktion beschreiben. Die Kurven von hygroskopischer Adsorption und Desorption werden durch analytische Funktionen angenähert. Die Steigungen der Zwischenkurven werden aus den Steigungen der Hauptkurven berechnet. In gleicher Weise wird auch der überhygroskopische Bereich dargestellt, unter Zuhilfenahme externer Messdaten. Schliesslich ergeben sich zwei getrennt parametrisierte, aneinander angrenzende Sorptionsschleifen für den hygroskopischen und den überhygroskopischen Bereich. Alle Parameter werden so angepasst, dass eine grösstmögliche Übereinstimmung mit dem Domänenmodell erzielt wird.:1. Einleitung 2. Allgemeine Thermodynamik der Feuchtesorption 3. Sorptionsmodelle in einheitlicher Beschreibung 4. Experimentell untersuchte Materialien 5. Parametrisierung von Modell und Sorptionskurven 6. Zusammenfassung A.1. Details zur Theorie A.2. Details zum Experiment A.3. Details zur Parametrisierung / This work gives a unified physical description of moisture storage in very different porous materials and derives an application-oriented model, especially the hysteresis of moisture storage has been investigated extensively. A full derivation of the thermodynamics of moisture sorption is given. The energy of condensed water is described by the energy of the free liquid plus a pore interaction energy. To describe the condensation behaviour, a thermodynamic condensation potential is introduced. It takes into account a non-equilibrium between condensed water and water vapour as well as several independent moisture contents in the liquid phase to describe the hysteresis. For many different sorption processes described in literature the condensation potential is derived, using always the same state variables. Hysteresis is interpreted as a delayed movement of the system in the hill-and-valley-landscape of the condensation potential. Sorption measurements have been performed for 11 different materials in the hygroscopic region (0-92% RH). One adsorption curve and several desorption curves and also the time dependent moisture sorption at 92% RH in a long-time experiment have been measured. From the adsorption-desorption ratio it can be concluded that the influence of hygroscopic hysteresis is typically about 20%. From the measurement results, for all materials the model of independent domains, the hysteretic condensation potential and the sorption curve system are parameterised. The moisture uptake of the long-time experiment can be described by a bimodal exponential function. The curves of hygroscopic adsorption and desorption are approximated by analytical functions. The slopes of the intermediate curves are calculated from the slopes of the main curves. In the same way the overhygroscopic region is approximated, using external measurement results. Finally a model is presented with two neighbouring sorption loops, one for the hygroscopic, one for the overhygroscopic region. All parameters are fitted to the predictions of the domain model.:1. Einleitung 2. Allgemeine Thermodynamik der Feuchtesorption 3. Sorptionsmodelle in einheitlicher Beschreibung 4. Experimentell untersuchte Materialien 5. Parametrisierung von Modell und Sorptionskurven 6. Zusammenfassung A.1. Details zur Theorie A.2. Details zum Experiment A.3. Details zur Parametrisierung

This thesis deals with direct and indirect determination of soil hydraulic characteristics (retention curve and hydraulic conductivity) in the locality of Bohaté Málkovice. For laboratory determination of soil moisture retention curve is used sand tank and pressure relief device. For the indirect determination of soil hydraulic characteristics is used computer software Rosetta, which includes 5 models of pedotransfer functions. For estimatiton of retention curves are applied previously derived pedotransfer function (continuous parametric PTF and point PTF).

The possibility of using high-frequency electromagnetic radiation in the construction sector is a common knowledge. Various experiments have been carried out to dry construction materials, or even to destroy biotic pests. However, the majority of these experiments have been executed in laboratory conditions. It means they have been carried out under exact limiting conditions, often very far off those conditions in real building practice. Therefore, this dissertation aims at exploring the possibility of utilizing microwave technology in drying and heating of construction materials, in disposing of biotic pests and sterilizing building materials under real conditions in building practice. The thesis will explain that microwaves are a term given to a part of electromagnetic radiation. Electromagnetic radiation is based on the principle that the radiated energy is absorbed by water molecules present in moist building material. In the mass of the irradiated material, the radiated energy is transformed into thermal energy, where a so-called “motion” of water molecules occurs with the energy then being transformed into kinetic energy. The microwave technology itself offers a very wide range of use, which can be easily achieved, thus making the technology available to use in the future. Part of the experiments and the necessary measurements, too, has been carried out on selected types of building materials in the premises of the Faculty of Civil Engineering of Brno University of Technology. They have been executed under conditions which most closely correspond to the conditions in real buildings. Part of the experiments and the necessary measurements were carried out on particular constructions, by the so-called in situ method. As stated in the conclusion of the dissertation, laboratory measurements and the in situ measurements differ considerably in some cases.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung, Implementierung, Verifizierung und beispielhaften Anwendung eines thermohygrischen Modells zur Lösung bauklimatisch anspruchsvoller Planungsaufgaben. Als Anwendungsbeispiele dienen zwei Planungsprojekte an kritischen Standorten, ein Sanierungsentwurf für ein Wohngebäude in der warm-trockenen Klimazone (Damaskus) und ein Neubauentwurf für ein Kirchengebäude in der warm- feuchten Klimazone (Latakia). Die Entwicklung des thermohygrischen Berechnungsmodells wurde auf der Grundlage einer vereinfachten Gebäude- Energie- und Feuchtebilanz vorgenommen. Das Modell prognostiziert den thermischen und hygrischen Raumklimaverlauf in Abhängigkeit des Außenklimas, der Baukonstruktion und der Raumnutzung. Die Validität des Modells konnte in einem ersten Schritt am Beispiel eines Archivbaus am Standort Dresden nachgewiesen werden. In einem zweiten Schritt wurde das Modell in seiner Funktionalität (Eingabeparametervariabilität und -flexibilität) erweitert und in das Programm CLIMT (Climate-Indoor-Moisture-Temperature) implementiert. Die Validität der erweiterten Funktionalität des Programms konnte mit Hilfe von Messergebnissen eines Testhauses am Standort Partwitzer See (Brandenburg) sowie den für dieses Gebäude durchgeführten Simulationsergebnissen (Software TRNSYS) nachgewiesen werden. Die Anwendung des entwickelten Programms CLIMT wurde für zwei gehobene bauklimatische Problemstellungen demonstriert. In beiden Fällen handelt es sich um Gebäude, deren historisch gewachsenes Umfeld und deren bautypologische Traditionen maßgebende Planungsaspekte darstellen. Die Standort- Klimazonen beider Gebäude bringen besondere Schwierigkeiten mit sich. Für das Sanierungsplanungsbeispiel „Damaszener Wohnhaus“ wurden die Hauptmerkmale der historischen städtebaulichen Einbindung, der Gebäudezonierung sowie der traditionellen gestalterischen und bautechnischen Gebäudeelemente herausgearbeitet. Im Anschluss daran wurde die historisch- bauklimatische Funktionsweise dieses Gebäudetypus mit zahlreichen CLIMT- Variantenrechnungen näher betrachtet. Die besondere klimatische Schwierigkeit des Standortes Damaskus besteht in den permanent hohen Lufttemperaturen von bis zu 42°C, verbunden mit sehr niedrigen Luftfeuchten und Luftgeschwindigkeiten. Es wurden die beiden wesentlichen bauklimatische Funktionsbereiche, deren maßgebende Eigenschaften und deren Wirkungsweise für das Standortklima analysiert. Die Ergebnisse dieser Analyse bilden eine Hilfestellung für die traditionsbewusste bauklimatische Konzeption ähnlicher Gebäudetypen in dieser Klimazone. Auch für den Anwendungsfall der Neubauplanung eines Kirchenbaus am Standort Al-Rwda (Latakia) wurde eine umfassende bauhistorische Analyse des Gebäudetypus durchgeführt. Es konnten die historisch gewachsenen Hauptmerkmale des byzantinischen bzw. syrischen Sakralbaus in Bezug auf die Gebäudekubatur, Fassadengestaltung, Baustoffwahl und Innenraumgestaltung herausgestellt werden. Die bauklimatische Optimierung des neu zu errichtenden Kirchenbaus wurde mit Hilfe von CLIMT- und DELPHIN- Simulationsstudien vorgenommen. Am Gebäudestandort Latakia bestand die besondere Problemstellung in der Berücksichtigung hoher Luftfeuchten und Temperaturen welche ein erhöhtes Schadenspotenzial für die Außenbauteilkonstruktionen bedingen. Trotz der zahlreichen Randvorgaben der Planung konnten die bauphysikalischen Eigenschaften der gewählten Konstruktionen so weit wie möglich den vorteilhaften historischen Konstruktionseigenschaften angenähert werden so dass Schadensfreiheit gewährleistbar ist und der Energiebedarf weitestgehend minimiert wurde. Auch die Erkenntnisse dieses Kapitels bieten Planungshilfestellungen für den Entwurf ähnlicher Gebäudetypen und sind des Weiteren auf andere Klimazonen, so auch die gemäßigte Klimazone, übertragbar. Die Dissertation leistet einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung des Entwurfsprozesses indem sie ein praxistaugliches aber dennoch exaktes Bewertungsmodell zur Verfügung stellt und dessen Anwendung im Zusammenspiel der zahlreichen Entwurfsaspekte wie z.B. Städtebau, Nutzungsanforderungen, Statik, Liturgie, Baugeschichte und vor allem Bauklimatik, beispielhaft aufzeigt. Die Ableitung bauklimatischer Regeln bzw. Erkenntnisse konnten für zwei bauklimatisch bedeutende Klimazonen, die warm- feuchte und die warm- trockene Zone, an Hand zweier Entwurfsfelder bzw. Entwurfsbeispiele aufgestellt werden. Die erzielten Erkenntnisse beruhen dabei nicht nur auf der Anwendung des thermohygrischen Gebäudemodells sondern auch auf einer theoretischen Analyse der baugeschichtlichen Vorbilder für die Entwurfsbeispiele der jeweiligen Klimazone.

Instrumental disparities and soil moisture are two of the key limitations in implementing spectroscopic techniques in the field. This study sought to address these challenges through two objectives. The first objective was to assess Visible-near infrared (VisNIR) and mid-infrared (MIR) spectroscopic approaches and explore the feasibility of transferring calibration models between laboratory and portable spectrometers. The second objective addressed the challenge of soil moisture and its impact on spectra. The portable spectrometers demonstrated comparable performance to their laboratory-based counterparts in both regions. Spiking with extra-weight, was the most effective calibration transfer method eliminating disparities between instruments. The samples were rewetted under nine controlled conditions for the moisture study. Results showed that spiking with extra weights significantly outperformed other techniques and model enhancement was insensitive to the moisture contents. Findings of this study will be helpful for development and deployment of in situ sensors to enable field implementation of spectroscopy.

Urbanisation is characterised by mass migration of people to urban areas and conversion of land from rural to urban land uses. Changes in population dynamics have led to half the world’s population living in urban areas; in developed countries, urban dwellers account for three-quarters of the total population. Though populations have shifted from rural to urban areas, people continue to rely on their environment, and trees in particular, for tangible and intangible benefits alike. A great deal of factual and anecdotal knowledge supports the role of trees for ecological, social, and economic well-being. In spite of this, during urbanisation, previously vegetated land is converted to housing, roads, or utility corridors, all of which are necessary to support growing populations. This thesis investigates tree growth in these modified urban landscapes, in particular, the effects of pavements on urban trees. Pavements are truly pervasive, covering more than half of all land in highly developed urban areas. Their durability and strength are of great importance to transportation, but large-scale soil sealing is not without consequence. Pavements affect the hydrologic cycle, soil and air temperature, and nutrient cycling. Because of their effect on the surrounding environment, pavements inherently affect remnant or planted trees. They are believed to negatively affect tree growth and survival, thereby compromising the ecological, social, and economic benefits otherwise derived from the urban forest. In recent times, porous pavements have been increasingly installed in favour of impervious pavements. Porous pavements are perceived to be an environmentally-sound alternative to standard impervious pavements. This thesis begins by reviewing the literature concerning porous pavement’s effect on underlying soil and urban vegetation, thus illustrating the scarcity of empirical data describing the effect of porous pavement on tree growth. A greater understanding of porous pavement’s impact on the surrounding environment is needed, if its installation is to continue. With this aim in mind, this thesis describes an experiment in Christchurch, New Zealand, which monitored the impacts of porous and impervious pavement on underlying soil conditions, and subsequent tree growth. The experiment comprised 50 Platanus orientalis trees planted in an augmented factorial design, which consisted of controls and four treatments. Trees were split evenly amongst plots, such that ten replicates existed per treatment. The pavement treatments measured 2.3m by 2.3m, and were based on the combination of pavement type (2 levels: porous, impervious) and pavement profile design (2 levels: +/- subbase compaction and gravel base). The resulting four treatments were impervious concrete pavement (IP), impervious concrete pavement with compacted subbase and gravel base (IP+), porous concrete pavement (PP), and porous concrete pavement with compacted subbase and gravel base (PP+). From December 2007 to March 2009, data were collected to determine the effect of these treatments on soil moisture, aeration, pH, and nutrient concentration. Final tree height, stem diameter, shoot and root biomass, and root distribution were also measured at the conclusion of the experiment. Results of this experiment indicated that the effects of pavement porosity on soil moisture and aeration were dynamic, varying with season and soil depth. Increased soil moisture beneath porous pavements resulted from rapid infiltration following precipitation. This decreased the duration of plant stress resulting from drought. Relative to bare soil, paved plots had consistently greater soil moisture, likely because pavements reduced evaporation. The inclusion of a gravel base in the profile design limited capillary upflow, which resulted in lower soil moisture under pavements designed with a gravel base. Soil aeration was significantly lower beneath pavements relative to unpaved plots. This is likely related to greater soil moisture beneath pavements. Finally, soil pH increased beneath pavements, in particular beneath porous pavements. Though all growth parameters increased for trees surrounded by porous, rather than impervious pavement, this occurred only in the absence of a compacted subgrade and gravel base. Evidently, the impact of the compacted subgrade superseded the impact of pavement porosity. Furthermore, root growth was relatively shallow beneath pavements, likely due to favourable soil moisture directly beneath pavements. This research highlights (i) the dramatic effect of pavements on underlying soil conditions; (ii) that pavements do not inherently limit tree growth; (iii) that porous pavements can conditionally improve tree growth; and (iv) that soil compaction limits potential benefits resulting from porous pavements.

Les bétons légers, formés des fibres de bois et d’une pâte de ciment Portland, constituent une nouvelle alternative à explorer pour réduire l’impact environnemental des bâtiments. Ils sont utilisés dans la construction durable, comme des éléments secondaires, pour leurs performances thermiques, hydriques et mécaniques. Cependant, la généralisation de leur utilisation dans le bâtiment ne sera rendue possible sans résoudre certains verrous scientifiques liés à leur caractérisation et à leur formulation. Le présent travail s’inscrit dans cet objectif. Il s’agit de contribuer à la caractérisation de ces bétons légers à base des fibres de bois à travers l’expérience et la modélisation. Le module d’Young et la résistance à la rupture ont été mesurés par des tests de flexion et de compression. Un modèle numérique a été également développé pour prédire le comportement des éprouvettes en flexion et la réponse structurale des systèmes de coffrage permanent. La méthodologie numérique permet ainsi d’aider dans le choix des paramètres optimums pour une meilleure conception des panneaux de coffrage destinés à la construction. L’étude du comportement hygrothermique du matériau de construction bois-ciment a été abordée en s’appuyant sur l’expérience et la simulation. Les équations des transferts couplés de chaleur et d’humidité d’un milieu poreux ont été implémentées dans le logiciel Comsol Multiphysics®. En dernier, le modèle développé a été appliqué et validé sur plusieurs réponses dynamiques issues des tests hygrothermiques réalisés en interne. Les mesures des propriétés physico-thermique du matériau composite bois-ciment ont été ensuite intégrées dans le code Abaqus via une routine utilisateur Umatht dans l’objectif de simuler le comportement thermique à hautes températures des panneaux composites bois-ciment. Les profils des températures sont évalués et comparés à ceux des tests de carbonisation réalisés, à l’aide d’un panneau rayonnant, sur des échantillons exposés à un flux de chaleur uniforme de 6kW/m2. Les simulations montrent que le modèle développé est capable de prédire les profils de températures, la zone et la profondeur de la couche du charbon durant l’exposition au feu / Lightweight concretes made from wood fibres and Portland cement paste are a new alternative for the reduction of the environmental impact of buildings. They are used in sustainable constructions as secondary elements for their thermal, hydric and mechanical performance. However, the generalisation of their use is not possible without resolving certain scientific obstacles related to their characterisation. Hence the aim of the present work, which is to contribute towards their characterisation through experimentation and numerical simulation. The Young's modulus and tensile strength were measured through flexural and compression tests. A numerical model has also been developed to predict the behaviour of specimens under bending test as well as their structural response when used as permanent formwork. In particular, the model helps to choose the optimum parameters for a better design of the formwork system. The study of the hygrothermal behaviour of the wood-cement material was carried out using both experimental work and simulation. The equations of coupled heat and moisture transfers for a porous medium have been implemented in the Comsol Multiphysics® software. The developed model has been applied and validated on several dynamic responses resulting from hygro-thermal tests carried out in the laboratory. The obtained physico-thermal properties of the wood-cement composite material were then incorporated into the Abaqus code via a Umatht user subroutine to simulate its high temperature behavior. The temperature profiles are evaluated and compared with the charring tests performed using a radiant panel on samples exposed to a uniform heat flux of 6kW/m². The simulations show that the developed model is able to predict the temperature profiles, the area and the depth of the charred layer during fire exposure

This thesis consists of one chapter accepted for publication in a book and four papers published in international journals with impact factors. All of the contributions deal with the role of wood ants in energy and nutrient fluxes in forest ecosystems. Wood ant nests are known as hot spots of carbon dioxide (CO2) production and are also thought to affect methane (CH4) flux. Stable high temperatures are maintained in ant nests even in cold environments. This study is focused on quantification of CO2 and CH4 flux in wood ant nests, contribution of ants and microbes to CO2 production, properties of nest material that affect CO2 production and the role of ants and microbes in the maintenance of nest temperature. The research was conducted in temperate and boreal forests inhabited by wood ants (Formica s. str.). Gas fluxes were measured either by an infrared gas analyser or a static chamber technique. Ants and nest materials were also incubated in a laboratory. Material properties potentially influencing CO2 flux, such as moisture, nutrient content or temperature were determined. According to the results, CH4 oxidation was lower in wood ant nests than in the surrounding forest soil suggesting that some characteristics of ant nests hinder CH4 oxidation or promote CH4 production. Wood ant nests clearly are hot...

Everglades National Park is a hydro-ecologically significant wetland experiencing salinity ingress over the years. This motivated our study to map water salinity using a spatially weighted optimization model (SWOM); and soil salinity using land cover classes and EC thresholds. SWOM was calibrated and validated at 3-km grids with actual salinity for 1998–2001, and yielded acceptable R2 (0.89-0.92) and RMSE (1.73-1.92 ppt). Afterwards, seasonal water salinity mapping for 1996–97, 2004–05, and 2016 was carried out. For soil salinity mapping, supervised land cover classification was firstly carried out for 1996, 2000, 2006, 2010 and 2015; with the first four providing average accuracies of 82%-94% against existing NLCD classifications. The land cover classes and EC thresholds helped mapping four soil salinity classes namely, the non saline (EC = 0~2 dS/m), low saline (EC = 2~4 dS/m), moderate saline (EC = 4~8 dS/m) and high saline (EC >8 dS/m) areas. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2017. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection