This thesis recounts the experimental study of the dynamic response of a blast resistant glazing system to explosive loading. A combination of triaxial force sensors, pressure gauges, and laser displacement gauges capture the response in detail over a wide range of scenarios. The scenarios include low level blast loading to characterize the reaction at points around the perimeter of the window, moderate level blast loading to examine the repeatability of the blast scenario, and high level blast loading to capture the response during failure as the tensile membrane forms. The scenarios are modeled via an analytical Single-Degree-of-Freedom model as well as finite element modeling in ANSYS Explicit Dynamics. In addition, this study investigates some of the differences between experimental data and the predictions made by modeling.

This thesis recounts the experimental study of the dynamic response of polycarbonate blast resistant glazing systems to explosive loading through the use of triaxial load cells, pressure sensors, and a laser displacement gauge. This instrumentation captured the response of the glazing systems to blast loading over three phases of testing. The first phase of testing characterizes the load distribution around the perimeter and the second phase examines the repeatability of the results. The final phase of testing pushes the samples to failure. The results are then compared to HazL, a commonly used blast resistant glazing system analysis software tool. The experimental data is also compared to data available characterizing the response of laminated glass.

Vacuum glazing is a vital development in the move to more energy efficient buildings. In vacuum glazing, an evacuated cavity supresses gaseous conduction and convection to provide high thermal resistance. A high vacuum pressure (less than 0.1 Pa) is required and must be maintained by a hermetic seal around the periphery, currently formed with either indium (i.e. low temperature sealing method) or solder glass (i.e. high temperature sealing method). This thesis reports the results of an experimental and theoretical investigation into the development of new low temperature (less than 200°C) and novel high temperature (up to 450°C) glass edge seals. A new low temperature composite edge seal was developed in which double and triple vacuum glazings each of dimensions 300x300mm were fabricated with measured vacuum pressures of 4.6x10-2Pa and 4.8x10-2Pa achieved respectively. A three dimensional finite element model of the fabricated design of composite edge sealed triple vacuum glazing was developed.

As tecnologias usualmente aplicadas no mercado fotovoltaico mundial são, em sua maioria, voltadas aos painéis rígidos de células de silício cristalino, em função da redução de seus preços proporcionada pela economia de escala. No entanto, a crescente demanda no País de novos domicílios, principalmente de apartamentos, tem exigido soluções mais apropriadas: com menor ocupação de área horizontal e instaladas na fachada dos edifícios. Nesse sentido vão surgindo tecnologias fotovoltaicas como as de filmes finos como soluções mais apropriadas do que as emergentes de terceira geração, pelo fato dessas últimas ainda se encontrarem em fase de maturação técnica com poucas opções de fornecimento no mercado em nível comercial. Portanto, a abordagem desta dissertação se limitou às tecnologias de filmes finos e de vidros fotovoltaicos semi transparentes, além daquela mais usual que é a de silício cristalino. Contudo, o dinamismo do mercado mundial vem estimulando uma evolução no fator de desempenho dessas tecnologias, o que justificou a necessidade de uma revisão bibliográfica. Além disso, a maioria dos projetos fotovoltaicos vem adotando como base os painéis rígidos com células de silício cristalino, sem, no entanto, avaliarem alternativas com a aplicação de outras tecnologias. O que se nota é a falta de conhecimento mais profundo dos projetistas sobre as tecnologias de filmes finos e das melhores opções para sua aplicação em um edifício, no que tange ao seu desempenho e seu comportamento dentro do espectro de frequência. Assim, esta dissertação teve por objetivo contribuir com uma análise de desempenho energético com base em simulações para tomada de decisão técnica sobre as tecnologias mais adequadas de célula fotovoltaica para sistemas a serem instalados em fachadas de edifícios, auxiliadas por uma ferramenta computacional existente no mercado, o PVSYST. A tomada de decisão foi vista pela perspectiva de desempenho na geração de energia elétrica, pela análise comparativa dos resultados de simulações aplicadas na fachada de um edifício hipotético em São Paulo. Os resultados mostraram que as tecnologias baseadas no silício cristalino são as mais adequadas nos casos em que o pico de demanda de energia no ano seja no verão, como nos edifícios comerciais. Já os sistemas compostos pelos filmes finos do grupo do seleneto de índio e cobre são os mais indicados para os edifícios residenciais, em que o período de maior demanda é no inverno. / Technologies commonly applied in the global photovoltaic market are mostly with the rigid panels of crystalline silicon cells, due to the reduction of their prices provided by economies of scale. However, growing demand in the country of new housing units, mainly apartments, has required more appropriated solutions: with lower occupancy of horizontal area and installed on the building\'s facade. In this direction photovoltaic technologies are emerging such as thin films as better solutions than the emerging technologies of third generation, because still they are in technical maturation phase with few options of suppliers in the commercial market. Therefore, the approach of this dissertation was limited to technologies of thin films and semitransparent photovoltaic glazing, in addition to the more usual one that is crystalline silicon. However, the dynamism of the global market has stimulated an evolution in the performance factor of these technologies, which justified the necessity of literature review. Furthermore, most PV projects have been based on the rigid panels with crystalline silicon cells, not considering the alternatives using other technologies. What is noticed is the lack of deeper understanding of the designers about the thin film technologies and the best options for their application in a building, in terms of their performance and their behavior within the frequency spectrum. Thus, this work aimed to contribute to an energy performance analysis based on simulations for technical decision on the most appropriate photovoltaic cell technologies for systems to be installed on the facades of buildings, aided by an existing software tool on the market, PVSYST. Decision making was seen from the perspective of performance in electricity generation, by comparative analysis of simulations results applied on the facade of a hypothetical building in São Paulo. The results showed that the technologies based on crystalline silicon are the most appropriate in cases where energy demand peak in the year is in the summer, as in commercial buildings. On the other hand, the systems composed of the thin films based on indium and copper selenium group are the most suitable for residential buildings, where the period of greatest demand is in the winter.

För att särskiljas från konkurrenter och vara förtroendeingivande är en konsekvent grafisk identitet av stor vikt. Därför syftar föreliggande undersökning till att modernisera den grafiska identiteten hos Falu Glastjänst för att denna ska förmedla hållbarhet, kvalité och service. Vidare är målet att leverera en webbsida där den grafiska identiteten tillämpas och en rekommenderad grafisk manual till Falu Glastjänst. Semi-strukturerade intervjuer genomfördes med Falu Glastjänst och en kund till företaget. Två webbaserade enkätundersökningar utfördes där den första syftade till att ta reda på målgruppens tillvägagångssätt vid behov av ett glasmästeri, medan den andra enkäten utfördes för att testa det framtagna materialet på potentiella kunder. Vidare genomfördes Card Sortings med fyra potentiella kunder och tre personer inom IT-branschen för att bygga en maximal hierarki och således en användarvänlig webbsida. Undersökningen resulterade i en logotyp och grafisk identitet som enligt Falu Glastjänst samt tidigare- och potentiella kunder förmedlar hållbarhet, kvalité och service. Från undersökningen har även en webbsida kunnat tas fram, där hierarkin är baserad på respondenternas och således målgruppens önskemål och vanor. / Graphical identity is important for a company to distinguish itself from the competition and to give it a reliable business image. The present study aims therefore to modernize the graphical identity of Falu Glastjänst in order to communicate sustainability, quality and service. A further goal is to develop a website in which the modernized graphical identity is applied as well as a recommended graphical manual for Falu Glastjänst. Semi-structured interviews were conducted with Falu Glastjänst and one of its customers. Two web-based surveys were carried out. The first survey aimed at studying the behavior of a target group in need of glazing service. The second survey was carried out to test the results of the first survey on a new group of potential customers. In order to build a user-friendly website with best hierarchy, Card Sortings was carried out with four potential customers and three IT professionals. Results of the study include a new logotype and graphic identity which communicate sustainability, quality and service. This has been confirmed by Falu Glastjänst as well as their former and potential customers. A further result of the study is a new website for Falu Glastjänst with a hierarchy based on participants of the study and thereby the target group’s wishes and habits.

Windows in building façade are vulnerable to blast pressures. When subjected to blast shock waves, glass windows may suffer failures, potentially causing serious injuries and casualties to the building occupants due to the flying glass shards and other projectiles. Protective films and laminated glass are widely used to protect windows against blast loads. These techniques have proven to reduce or prevent hazards associated with glass breakage. The use of steel or strengthened aluminum frames also reduce window blast hazards associated with frame failures. However, such measures are not always sufficient to mitigate the blast hazard if window retention anchors do not have sufficient resistance to blast pressures. Research on blast resistant windows is scarce in the literature. Therefore, a comprehensive research project was undertaken to address the behaviour, analysis, and design of window retention anchors. The research program consisted of combined experimental and analytical components. Three main phases were pursued, comprising of: i) Experimental research using a shock tube as blast simulator, ii) Numerical investigation based on three-dimensional finite element method (FEM) of analysis, and iii) Non-linear dynamic analysis of window systems based on a single-degree-of-freedom (SDOF) simplification. The experimental phase consisted of tests of 23 punched windows mounted on four different types of substrates consisting of structural steel, reinforced concrete, concrete block masonry, and stone masonry. The experimental parameters included window size and aspect ratio, glazing type, protective film thickness, substrate type, as well as the number and pattern of window retention anchors. Two levels of blast pressure-impulse combinations were used as per the recommendations of the U.S General Services Administration (GSA).The numerical phase involved FEM modelling and analysis of selected test windows. The FEM models were first validated against test results. The validated models were then employed to conduct an analytical parametric study. The parameters in this phase consisted of; substrate type, window frame rigidity, anchor fixity level in the substrate, window aspect ratio and size, anchor spacing, and blast pressure-impulse combination. The results demonstrated the significance of design parameters on window response, while also defining anchor force distribution along the window frame. A simplified SDOF method of analysis was developed for window systems, including the effects of anchor flexibility and substrate rigidity on non-linear response. The analysis approach includes the construction of window resistance functions in pre-break and post-break phases of response, where the latter stage of response is dominated by the membrane action of protective film. The analysis leads to the computation of anchor design forces, which have been validated against anchor shear and axial tension forces recorded experimentally. The SDOF analysis is recommended for use in designing blast-resistant window retention anchors on different substrates.

Der Klimaschutz ist eine Herausforderung und eine Verantwortung insbesondere gegenüber den nachfolgenden Generationen. Ein Baustein zum Klimaschutz ist die erhebliche Senkung des Energieverbrauches der bestehenden Gebäude. Bei der Sanierung von älteren oder gar zu Denkmalen erklärten Gebäuden stellt die Erhaltung der Originalsubstanz und des Erscheinungsbildes erhöhte Anforderungen an alle am Bau Beteiligten. Für eine energetische Ertüchtigung von historischen Fenstern, welche auch zukünftigen Anforderungen an den Klimaschutz genügen, zeigt diese Arbeit, dass eine detaillierte Planung und eine bauphysikalische Betrachtung notwendig sind. Diese Arbeit leistet einen Beitrag, damit zukünftig das thermische Verhalten der einzelnen Bestandteile (Verglasung, Randverbund, Rahmen) des energetisch ertüchtigten Fensters realitätsnah simuliert und bewertet werden kann. Ausgehend von einer vorbildhaften energetischen Sanierung eines Baudenkmals, welche auch zukünftige Anforderungen an den Klimaschutz genügt, wurden die Erfahrungen der Herstellung der Hochleistungsfenster des Modellgebäudes über die Beobachtungen in einem Zeitraum von über 15 Jahren dargelegt. Bei der Literaturrecherche zum Stand der Wissenschaft und Technik zum Thema Berechnung und Simulation von transparenten Bauteilen wurde besonders auf die freie Konvektion im geschlossenen Scheibenzwischenraum eingegangen. Darauf beruhend wurden eine Parameterstudie und eine Bewertung der Konvektionsmodelle vorgenommen. Das am Institut für Bauklimatik entwickelte numerische Simulationsprogramm [DELPHIN] beruht auf der Finite-Volumen-Methode für opake Bauteile und berücksichtigt den gekoppelten Wärme-, Feuchte-, Luft- und Salztransport für 1D-, 2D- und 3D- Probleme. Dieses Programm wurde parallel zu dieser Arbeit durch das DELPHIN-Entwicklerteam auf der Grundlage der Validierungen mittels Messungen an den Fenstern des Modellgebäudes um die freie Konvektion im geschlossenen Hohlraum zu einem Programm zur Berechnung von transparenten Bauteilen weiterentwickelt. Zusätzlich können damit unter Berücksichtigung der Feuchtespeicherung hygrothermische Schadensprognosen in der Ingenieurpraxis vorgenommen werden. Im Vergleich zur CFD-Simulation wird nur ein Bruchteil der Rechenleistung und Rechenzeit benötigt. Der Ansatz, mit den Messungen der Oberflächentemperatur und der Globalstrahlung senkrecht zur Fassadenebene alle wesentlichen Parameter zu erfassen und durch Nachsimulation von Scheibenoberflächentemperaturen im Kastenzwischenraum das Simulationsmodell und das Programm zu validieren, hat sich bewährt. Durch die Validierung unter Realbedingungen steigt die Akzeptanz dieser Simulation vor allem in der Praxis. Das entwickelte Simulationsmodell stellt ein Werkzeug für die wissenschaftlich gestützte Weiterentwicklung moderner Fenster für die Industrie dar. Zukünftig soll es zur Optimierung von anderen transparenten Bauteilen wie z. B. der thermischen Solarkollektoren sowie der Kombination aus thermischen Solarkollektoren und PV-Kollektoren beitragen. Eine weitere Zielgruppe dieser Arbeit sind Fachplaner und Fachbetriebe, welche sich auf die energetische Sanierung von Bestandsfenstern spezialisiert haben. Die Simulationen der Kastenfenster haben gezeigt, dass bei der Bauteil- und Gebäudesimulation die Berücksichtigung der Absorption der kurzwelligen Strahlung und die daraufhin veränderten freien Konvektionen und der langwellige Strahlungsaustausch in den geschlossenen Hohlräumen nicht vernachlässigt werden können. Der Fehler bei dem Monatsbilanzverfahren zur Berechnung des Heizenergiebedarfes ist bei 2-Scheibenverglasungen noch vertretbar. Bei hochenergieeffizienten Mehrscheibenverglasungen sollte das normative statische Berechnungsverfahren zur U-Wertermittlung von transparenten Bauteilen Verglasungen vorzugsweise durch eine thermische Simulation ersetzt werden. Hierbei sind der Klimastandort und die Ausrichtung für die Absorption der kurzwelligen Strahlung zu berücksichtigen. Eine Vereinfachung für ein Monatsbilanzverfahren für die jeweiligen Klimastandorte der Testreferenzjahre (TRY) [DWD] ist vorstellbar. Bei der Bauteil- und Gebäudesimulation unter Verwendung von Stundenwerten und noch kleineren Zeitschritten sowie in der Hitzeperiode muss diese Modellerweiterung implementiert werden. Durch die realitätsnahe Simulation der Scheibenoberflächentemperaturen auf der Raumseite kann die Empfindungstemperatur berechnet und nachfolgend eine Behaglichkeitsbewertung durchgeführt werden. Die Untersuchungsergebnisse beim Modellgebäude und der Simulation fließen in Vorschläge zur energetischen Ertüchtigung von Bestandsfenstern mittels schmaler Wärmeschutzverglasung mit reduziertem Emissionsgrad ein. Auf der Grundlage dieses Modells kann das Optimum des Scheibenzwischenraumes der einzelnen Edelgase in Abhängigkeit der Neigung ermittelt werden. Das Modell gibt die Möglichkeit zur Bewertung und nachfolgend zur Minimierung von Schadprozessen, welche die Dauerhaftigkeit von transparenten Bauteilen beeinträchtigen. Für die Gebäudesimulation ist die Simulation der Wärmeströme der Verglasung und eine Betrachtung der Strahlungstransmission zu empfehlen. Die separate Simulation von U-Werten ist nicht zu bevorzugen.:1. Motivation, Ausgangssituation und Ziele 9 1.1. Motivation 9 1.2. Ziele, Thesen, Methodik und Relevanz des Dissertationsthemas 11 1.3. Strukturierung der Arbeit 16 2. Modellgebäude Handwerk 15 in Görlitz 17 2.1. Energetisches Gesamtkonzept 18 2.1.1. Dämmmaßnahmen 19 2.1.2. Erneuerung Anlagentechnik 20 2.2. Geschichte und Beurteilung des Denkmalwertes des Modellobjektes 24 2.3. Besondere Anforderungen an die Fenster am Beispiel des Gebäudes Handwerks 15 32 2.3.1. Brandschutzanforderungen 32 2.3.2. Schallschutzanforderungen 33 2.3.3. Belichtung 33 2.3.4. Architektonische Anforderungen-Beibehaltung des historischen Erscheinungsbildes 34 2.4. Energetische Ertüchtigung der Fenster des Modellgebäudes 37 2.4.1. Ausgangssituation 37 2.4.2. Verwendete Verglasung und Low-e-Beschichtung 39 2.4.3. Holz-Kastenfenster mit 2-Scheiben-Wärmeschutzverglasung aus Solarglas 41 2.4.4. Holz-Einfachfenster mit 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung aus Solarglas 44 2.5. Messungen und Beobachtungen am Modellgebäude 46 2.5.1. Messkonzept und Dokumentation des Monitorings und Messerfassungssystems 47 2.5.2. Messaufbau zur Erfassung des Innen- und Außenklimas 48 2.5.3. Bauteilmessstrecke Kastenfenster, 2. OG Nord 50 2.5.4. Bauteilmessstrecke Kastenfenster, 1. DG Süd 54 2.5.5. Bauteilmessstrecke Dachliegefenster, Nord, 2. DG 57 2.5.6. Beschreibung von bauphysikalischen Vorgängen bei den Verglasungen 63 2.5.7. Beschreibung von physikalischen Schadprozessen bei Fenstern 65 2.5.8. Zusammenfassung und Fazit aus den Messungen und den Beobachtungen 70 3. Stand der Wissenschaft und Technik 71 3.1. Aktuelle europäische Normung 72 3.2. Analytisches Modell für die Konvektion innerhalb des Scheibenzwischenraumes 78 3.3. Modell nach ISO 15 099 88 3.4. Modell nach Hollands, Unny, Raithby und Konicek u. a. 90 3.5. Modellzusammenstellung nach Klan und Thess 93 3.6. CFD-Simulationen von Mehrscheibenverglasungen 96 3.6.1. CFD-Simulationen im Vergleich zur DIN EN 673 96 3.6.2. CFD-Simulationen in Kombination mit Messungen im Versuchsstand 102   3.7. Übersicht über die Umsetzung der Verglasungsmodelle in den Computerprogrammen 104 3.7.1. Programm glaCE 3.03 von Glas-Trösch 105 3.7.2. Programm Calumen II 1.3.3/ CalumenLive von SAINT-GOBAIN GLASS 105 3.7.3. Programmpaket Optics, Windows und Therm mit Übergabe in Energy Plus 105 3.7.4. Einzonensimulationsprogramm Therakles 3.0 vom Institut für Bauklimatik 110 3.7.5. Programme der Energieeinsparverordnung 111 3.7.6. Programmpaket PHPP 8 111 3.7.7. Übersicht über die Software zur Berechnung von Verglasungskennwerten 112 3.8. Übersicht über die thermische Beanspruchung von Verglasungen 113 4. Vergleich und Bewertung der Konvektionsmodelle 117 4.1. Analytische Konvektionsmodelle 117 4.2. CFD–Simulation mit EasyCFD 124 4.3. Zusammenfassung und Bewertung der Konvektionsmodelle 125 5. Herleitung und Anwendung des Simulationsmodells 127 5.1. Benennung und Beschreibung der Wärmetransportmechanismen 127 5.2. Algorithmus zur thermischen Simulation von transparenten Bauteilen 140 5.3. Auswertung der Messung und der Simulation bei Kastenfenstern 148 5.4. Validierte thermische Simulation der Kastenfenster 156 5.5. Auswertung der Messung bei dem Dachliegefenster 160 6. Energetische Ertüchtigung von Bestandsfenstern 163 6.1. Situation bei Bestandsfenstern 164 6.2. Beispiele für die energetische Fenstersanierung 166 6.2.1. Bestandskastenfenster 167 6.2.2. Kastenfenster mit K-Glass™ 171 6.2.3. Kastenfenster mit Wärmeschutzverglasung und K-Glass im Innenflügelpaar 174 6.2.4. Kastenfenster mit Wärmeschutzverglasung und K-Glass im Außenflügelpaar 178 6.2.5. Energetische Ertüchtigung durch zusätzliche Fensterebene 182 6.3. Ergebnisse der umgesetzten energetischen Ertüchtigung von Bestandsfenstern 186 7. Zusammenfassung und Ausblick 187 Literaturverzeichnis 189 Anhang 197 Anhang I. Begriffe und Kennzahlen der Strömungsmechanik 197 Anhang II. Eigenschaften von Gasen nach DIN EN 673 199 Anhang III. Berechnung des optimalen Scheibenabstandes 202 Anhang IV. Simulation des optimalen Scheibenabstandes 205 Anhang V. Hinweise zur statistischen Auswertung 208 / Climate protection is a challenge and a responsibility, especially towards future generations. One component of climate protection is the considerable reduction of the energy consumption of existing buildings. When renovating older buildings or even buildings that have been declared monuments, the preservation of the original substance and appearance places increased demands on all those involved in the construction. For an energetic retrofitting of historic windows, which also meet future requirements for climate protection, this work shows that a detailed planning and a structural-physical consideration are necessary. This work makes a contribution so that in the future the thermal behavior of the individual components (glazing, edge seal, frame) of the energetically upgraded window can be realistically simulated and evaluated. Based on an exemplary energetic refurbishment of an architectural monument, which also meets future climate protection requirements, the experiences of the production of the high-performance windows of the model building were presented via the observations over a period of more than 15 years. During the literature research on the state of the art in science and technology on the subject of calculation and simulation of transparent building components, special attention was paid to free convection in the closed space between the panes. Based on this, a parameter study and an evaluation of convection models were carried out. The numerical simulation program [DELPHIN] developed at the Institute of Building Climatology is based on the finite volume method for opaque building components and considers the coupled heat, moisture, air and salt transport for 1D, 2D and 3D problems. This program was further developed in parallel to this work by the DELPHIN development team on the basis of validations by means of measurements at the windows of the model building around the free convection in the closed cavity to a program for the calculation of transparent building components. In addition, hygrothermal damage predictions can be made in engineering practice with this program, taking moisture storage into account. Compared to CFD simulation, only a fraction of the computing power and computing time is required. The approach to capture all essential parameters with measurements of surface temperature and global radiation perpendicular to the facade plane and to validate the simulation model and the program by post-simulation of pane surface temperatures in the inter-box space has proven to be successful. The validation under real conditions increases the acceptance of this simulation, especially in practice. The developed simulation model represents a tool for the scientifically supported further development of modern windows for the industry. In the future, it should contribute to the optimization of other transparent components such as thermal solar collectors as well as the combination of thermal solar collectors and PV collectors. Another target group of this work are professional planners and specialized companies, which have specialized in the energetic renovation of existing windows. The simulations of the box-type windows have shown that in the component and building simulation, the consideration of the absorption of short-wave radiation and the resulting changes in free convection and long-wave radiation exchange in the closed cavities cannot be neglected. The error in the monthly balance method for the calculation of the heating energy demand is with 2-pane glazing is still acceptable. In the case of highly energy-efficient multi-pane glazing, the normative static calculation procedure should be used for the U-value calculation of transparent glazing components should preferably be replaced by a thermal simulation. Here, the climatic location and orientation should be taken into account for the absorption of short-wave radiation. A simplification for a monthly balance procedure for the respective climate locations of the test reference years (TRY) [DWD] is conceivable. For the component and building simulation using hourly values and even smaller time steps as well as in the heat period, this model extension has to be implemented. By the realistic simulation of the pane surface temperatures on the room side, the sensation temperature can be calculated and subsequently a comfort evaluation can be carried out. The results of the investigations in the model building and the simulation are incorporated into proposals for the energy upgrading of existing windows by means of narrow thermal insulation glazing with reduced emissivity. On the basis of this model, the optimum of the space between the panes of the individual noble gases can be determined as a function of the inclination. The model gives the opportunity to evaluate and subsequently minimize damage processes that affect the durability of transparent building components. For the building simulation, the simulation of the heat fluxes of the glazing and a consideration of the radiation transmission is recommended. The separate simulation of U-values is not to be preferred. The advice on the design or evaluation of the impairment due to condensation and frost formation on the outside of the glazing of transparent constructions should be continued by implementing the slope dependence of convection in the software and a validation by comparing measurement and simulation.:1. Motivation, Ausgangssituation und Ziele 9 1.1. Motivation 9 1.2. Ziele, Thesen, Methodik und Relevanz des Dissertationsthemas 11 1.3. Strukturierung der Arbeit 16 2. Modellgebäude Handwerk 15 in Görlitz 17 2.1. Energetisches Gesamtkonzept 18 2.1.1. Dämmmaßnahmen 19 2.1.2. Erneuerung Anlagentechnik 20 2.2. Geschichte und Beurteilung des Denkmalwertes des Modellobjektes 24 2.3. Besondere Anforderungen an die Fenster am Beispiel des Gebäudes Handwerks 15 32 2.3.1. Brandschutzanforderungen 32 2.3.2. Schallschutzanforderungen 33 2.3.3. Belichtung 33 2.3.4. Architektonische Anforderungen-Beibehaltung des historischen Erscheinungsbildes 34 2.4. Energetische Ertüchtigung der Fenster des Modellgebäudes 37 2.4.1. Ausgangssituation 37 2.4.2. Verwendete Verglasung und Low-e-Beschichtung 39 2.4.3. Holz-Kastenfenster mit 2-Scheiben-Wärmeschutzverglasung aus Solarglas 41 2.4.4. Holz-Einfachfenster mit 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung aus Solarglas 44 2.5. Messungen und Beobachtungen am Modellgebäude 46 2.5.1. Messkonzept und Dokumentation des Monitorings und Messerfassungssystems 47 2.5.2. Messaufbau zur Erfassung des Innen- und Außenklimas 48 2.5.3. Bauteilmessstrecke Kastenfenster, 2. OG Nord 50 2.5.4. Bauteilmessstrecke Kastenfenster, 1. DG Süd 54 2.5.5. Bauteilmessstrecke Dachliegefenster, Nord, 2. DG 57 2.5.6. Beschreibung von bauphysikalischen Vorgängen bei den Verglasungen 63 2.5.7. Beschreibung von physikalischen Schadprozessen bei Fenstern 65 2.5.8. Zusammenfassung und Fazit aus den Messungen und den Beobachtungen 70 3. Stand der Wissenschaft und Technik 71 3.1. Aktuelle europäische Normung 72 3.2. Analytisches Modell für die Konvektion innerhalb des Scheibenzwischenraumes 78 3.3. Modell nach ISO 15 099 88 3.4. Modell nach Hollands, Unny, Raithby und Konicek u. a. 90 3.5. Modellzusammenstellung nach Klan und Thess 93 3.6. CFD-Simulationen von Mehrscheibenverglasungen 96 3.6.1. CFD-Simulationen im Vergleich zur DIN EN 673 96 3.6.2. CFD-Simulationen in Kombination mit Messungen im Versuchsstand 102   3.7. Übersicht über die Umsetzung der Verglasungsmodelle in den Computerprogrammen 104 3.7.1. Programm glaCE 3.03 von Glas-Trösch 105 3.7.2. Programm Calumen II 1.3.3/ CalumenLive von SAINT-GOBAIN GLASS 105 3.7.3. Programmpaket Optics, Windows und Therm mit Übergabe in Energy Plus 105 3.7.4. Einzonensimulationsprogramm Therakles 3.0 vom Institut für Bauklimatik 110 3.7.5. Programme der Energieeinsparverordnung 111 3.7.6. Programmpaket PHPP 8 111 3.7.7. Übersicht über die Software zur Berechnung von Verglasungskennwerten 112 3.8. Übersicht über die thermische Beanspruchung von Verglasungen 113 4. Vergleich und Bewertung der Konvektionsmodelle 117 4.1. Analytische Konvektionsmodelle 117 4.2. CFD–Simulation mit EasyCFD 124 4.3. Zusammenfassung und Bewertung der Konvektionsmodelle 125 5. Herleitung und Anwendung des Simulationsmodells 127 5.1. Benennung und Beschreibung der Wärmetransportmechanismen 127 5.2. Algorithmus zur thermischen Simulation von transparenten Bauteilen 140 5.3. Auswertung der Messung und der Simulation bei Kastenfenstern 148 5.4. Validierte thermische Simulation der Kastenfenster 156 5.5. Auswertung der Messung bei dem Dachliegefenster 160 6. Energetische Ertüchtigung von Bestandsfenstern 163 6.1. Situation bei Bestandsfenstern 164 6.2. Beispiele für die energetische Fenstersanierung 166 6.2.1. Bestandskastenfenster 167 6.2.2. Kastenfenster mit K-Glass™ 171 6.2.3. Kastenfenster mit Wärmeschutzverglasung und K-Glass im Innenflügelpaar 174 6.2.4. Kastenfenster mit Wärmeschutzverglasung und K-Glass im Außenflügelpaar 178 6.2.5. Energetische Ertüchtigung durch zusätzliche Fensterebene 182 6.3. Ergebnisse der umgesetzten energetischen Ertüchtigung von Bestandsfenstern 186 7. Zusammenfassung und Ausblick 187 Literaturverzeichnis 189 Anhang 197 Anhang I. Begriffe und Kennzahlen der Strömungsmechanik 197 Anhang II. Eigenschaften von Gasen nach DIN EN 673 199 Anhang III. Berechnung des optimalen Scheibenabstandes 202 Anhang IV. Simulation des optimalen Scheibenabstandes 205 Anhang V. Hinweise zur statistischen Auswertung 208

Designing architecture is related to producing vast amounts of information based on constraints, experience or common sense, and at the same time, those designs are assisted by specialized software, but, are the results of those processes giving you advantage or are they leading you in the wrong way? For example, should you include shading elements or less glazing? Should you change the shape of the building or improve envelope specifications? This research is a start to understand how to approach to design problems related to solar geometry, recognize which variables are worth modifying, reduce potential of error when iterating, and take truly advantage of the output delivered by modeling tools. / Master of Architecture

The need for sustainable practices in the construction sector is becoming more potent. There is an urgent need to explore strategies aimed at creating a thriving market forrecycled window materials. This research aims to provide valuable insights andrecommendations for advancing sustainable practices in the window market of theconstruction industry, ultimately contributing to environmental conservation andeconomic prosperity. The study uses the Life Cycle Analysis (LCA) methodology to assess the environmental impact of window renovation compared to the manufacture of new windows, focusing on two configurations: double and triple glazing renovations compared to new windows with corresponding configurations, where the focus is on the global warming potential of each case. The research methodology involved the Author's participation in a practical window renovation course, One-Click LCA training course, subsequent site visits for data collection, and modeling a case study building in BIM energy. The LCA was carried out with One Click LCA software using Environmental Product Declaration (EPD) data. The results highlight the significant environmental benefits associated with window renovation over the production of new windows. In particular, the triple glazing option proved to be the best alternative, as it offers the lowest U-value and meets Building Regulations (BBR) standards. A sensitivity analysis was conducted to quantify the effects of changing key study elements such as the windows U-values and the electricity profile, However the outcome remained consistent with the study findings. The results of the study illustrate the potential of window renovation as a sustainable alternative in the construction sector. As well as contribute to promoting sustainable practices in the construction industry and provides valuable guidance for policymakers, practitioners, and stakeholders alike. / <p>This work is done in collaboration with Auktoriserat Fönsterunderhåll AB and its industry partners.</p>

Στη διατριβή αυτή έχει αναπτυχθεί ένας νέος συνδυασμός της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) και της Ανάλυσης Οικολογικής Απόδοσης, που εφαρμόζεται για την αξιολόγηση της περιβαλλοντικής και ενεργειακής απόδοσης και της απόδοσης κόστους ενός πρότυπου ηλεκτροχρωμικού παραθύρου, η οποία έχει σκοπό να χρησιμοποιηθεί ως διάταξη εξοικονόμησης ενέργειας σε κτήρια. Ο κύριος στόχος είναι να επισημάνουμε πώς η συγκεκριμένη μέθοδος συμπληρώνει τις δύο μεθόδους, ενσωματώνοντας τα ιδιαίτερα πλεονεκτήματά τους σε ένα πληρέστερο και πιο ισχυρό διαγνωστικό εργαλείο. Η αποδοτικότητα της μεθόδου αποδεικνύεται με εφαρμογή σε έναν ηλεκτροχρωμικό υαλοπίνακα (K-Glass/WO3/πολυμερής ηλεκτρολύτης/V2O5/K-Glass), διαστάσεων 40cmx40cm. Αξιολογείται ολόκληρος ο κύκλος ζωής του εφαρμόζοντας τη μέθοδο της ΑΚΖ (ISO 14040). Για να μετρηθεί και να καταγραφεί η οικολογική απόδοση, χρησιμοποιούνται δείκτες περιβαλλοντικής απόδοσης, οι οποίοι βασίζονται σε ισοζύγια υλικών και ενέργειας και ορίστηκαν λαμβάνοντας υπόψη διάφορες παραμέτρους, (σενάριο ελέγχου, προσδοκώμενος χρόνος ζωής, κλιματικές συνθήκες, κόστος αγοράς). Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων οδηγεί σε σημαντικά συμπεράσματα για τον συνδυασμό ιδιοτήτων και τις πιθανές βελτιώσεις, που μπορεί να χρησιμοποιηθούν στη λήψη αποφάσεων για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη του προϊόντος και για την επιλογή της βέλτιστης περίπτωσης μεταξύ διαφόρων υαλοπινάκων για ειδικές κλιματικές συνθήκες. Τέλος, μια τέτοια μεθοδολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καθιέρωση ενεργειακής σήμανσης, ή ενεργειακής ταξινόμησης των παραθύρων, ενώ επιπλέον είναι σύμφωνη με την Ευρωπαϊκή Οδηγία (2002/91/EC) για την ενεργειακή απόδοση των κτηρίων, που απαιτεί πιστοποιητικά ενεργειακής απόδοσης για υφιστάμενα και νέα κτήρια. / In this study, a novel combination of the Life Cycle Assessment (LCA) and the Eco-efficiency analysis has been developed and implemented to evaluate the environmental, energy and cost efficiency potential of an electrochromic (EC) window prototype that aims to be used as an energy saving component in the building. The main objective is to mark out how the proposed method complements the traditional techniques, namely LCA and Eco-efficiency integrating their individual advantages into a more complete and a further more powerful diagnostic tool. The efficiency of the method is demonstrated with implementation to a 40cm x 40cm EC glazing (K-Glass/WO3/polymer electrolyte/V2O5/K-Glass). The whole life cycle of the EC glazing is evaluated by implementing the method of LCA (ISO 14040). In order to measure and report the ecological efficiency, environmental performance indicators were used, based on material and energy balances. The indicators were suitably defined taking into consideration various parameters (control scenario, expected lifetime, climatic type, purchase cost). Significant conclusions can be drawn for the development and the potential applications of the device compared to other commercial fenestration products. The combination of the results leads to significant conclusions for the balance of its properties and possible improvements that can be utilized in decision making for the product design and development and for the selection of an optimum case among various fenestration products for specific areas/climates. Finally, such a methodology can be utilized to establish a system for energy labeling or energy rating of windows and it is in accordance with the European Directive (2002/91/EC) on the energy performance of buildings, which calls for energy performance certificates to be available for new and existing buildings.