TY - JOUR A1 - Völker, Conrad A1 - Mämpel, Silvio A1 - Kornadt, Oliver T1 - Measuring the human body’s micro‐climate using a thermal manikin JF - Indoor Air N2 - The human body is surrounded by a micro‐climate which results from its convective release of heat. In this study, the air temperature and flow velocity of this micro‐climate were measured in a climate chamber at various room temperatures, using a thermal manikin simulating the heat release of the human being. Different techniques (Particle Streak Tracking, thermography, anemometry, and thermistors) were used for measurement and visualization. The manikin surface temperature was adjusted to the particular indoor climate based on simulations with a thermoregulation model (UCBerkeley Thermal Comfort Model). We found that generally, the micro‐climate is thinner at the lower part of the torso, but expands going up. At the head, there is a relatively thick thermal layer, which results in an ascending plume above the head. However, the micro‐climate shape strongly depends not only on the body segment, but also on boundary conditions: the higher the temperature difference between the surface temperature of the manikin and the air temperature, the faster the air flow in the micro‐climate. Finally, convective heat transfer coefficients strongly increase with falling room temperature, while radiative heat transfer coefficients decrease. The type of body segment strongly influences the convective heat transfer coefficient, while only minimally influencing the radiative heat transfer coefficient. KW - Raumklima KW - Mikroklima KW - Wärmeübertragung KW - Strömungsmechanik KW - thermal manikin KW - climate chamber KW - micro climate KW - heat transfer coefficient KW - CFD KW - thermography Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20181025-38153 UR - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ina.12112 N1 - This is the peer reviewed version of the following article: "Measuring the human body’s micro‐climate using a thermal manikin", which has been published in final form at https://doi.org/10.1111/ina.12112. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Use of Self-Archived Versions. IS - 24, 6 SP - 567 EP - 579 ER - TY - JOUR A1 - Völker, Conrad A1 - Kornadt, Oliver A1 - Ostry, Milan T1 - Temperature reduction due to the application of phase change materials JF - Energy and Buildings N2 - Overheating is a major problem in many modern buildings due to the utilization of lightweight constructions with low heat storing capacity. A possible answer to this problem is the emplacement of phase change materials (PCM), thereby increasing the thermal mass of a building. These materials change their state of aggregation within a defined temperature range. Useful PCM for buildings show a phase transition from solid to liquid and vice versa. The thermal mass of the materials is increased by the latent heat. A modified gypsum plaster and a salt mixture were chosen as two materials for the study of their impact on room temperature reduction. For realistic investigations, test rooms were erected where measurements were carried out under different conditions such as temporary air change, alternate internal heat gains or clouding. The experimental data was finally reproduced by dint of a mathematical model. KW - Raumklima KW - Paraffin KW - Phasenumwandlung KW - Gebäude KW - Überhitzung KW - summer overheating in buildings KW - phase change materials KW - PCM KW - Paraffin KW - salt hydrate KW - numerical simulation KW - mathematical model KW - heat storage Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20181025-38166 UR - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778807002034 N1 - The following article appeared in the journal Energy and Buildings 40 (5) 2008, 937‐944 and may be found at https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.07.008. IS - 40, 5 SP - 937 EP - 944 ER - TY - JOUR A1 - Völker, Conrad A1 - Beckmann, Julia A1 - Koehlmann, Sandra A1 - Kornadt, Oliver T1 - Occupant requirements in residential buildings – an empirical study and a theoretical model JF - Advances in Building Energy Research N2 - Occupant needs with regard to residential buildings are not well known due to a lack of representative scientific studies. To improve the lack of data, a large scale study was carried out using a Post Occupancy Evaluation of 1,416 building occupants. Several criteria describing the needs of occupants were evaluated with regard to their subjective level of relevance. Additionally, we investigated the degree to which deficiencies subjectively exist, and the degree to which occupants were able to accept them. From the data obtained, a hierarchy of criteria was created. It was found that building occupants ranked the physiological needs of air quality and thermal comfort the highest. Health hazards such as mould and contaminated building materials were unacceptable for occupants, while other deficiencies were more likely to be tolerated. Occupant satisfaction was also investigated. We found that most occupants can be classified as satisfied, although some differences do exist between different populations. To explain the relationship between the constructs of what we call relevance, acceptance, deficiency and satisfaction, we then created an explanatory model. Using correlation and regression analysis, the validity of the model was then confirmed by applying the collected data. The results of the study are both relevant in shaping further research and in providing guidance on how to maximize tenant satisfaction in real estate management. KW - Post Occupancy Evaluation KW - Gebäude KW - Benutzung KW - occupant requirements KW - occupant satisfaction KW - residential buildings KW - housing KW - questionnaire Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20181015-38137 UR - https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17512549.2012.749808 N1 - This is an Accepted Manuscript of an article published by Taylor & Francis in Advances in Building Energy Research on 29/01/2013, available online: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17512549.2012.749808. IS - 7 (1) SP - 35 EP - 50 ER - TY - JOUR A1 - Völker, Conrad A1 - Alsaad, Hayder T1 - Simulating the human body's microclimate using automatic coupling of CFD and an advanced thermoregulation model JF - Indoor Air N2 - This study aims to develop an approach to couple a computational fluid dynamics (CFD) solver to the University of California, Berkeley (UCB) thermal comfort model to accurately evaluate thermal comfort. The coupling was made using an iterative JavaScript to automatically transfer data for each individual segment of the human body back and forth between the CFD solver and the UCB model until reaching convergence defined by a stopping criterion. The location from which data are transferred to the UCB model was determined using a new approach based on the temperature difference between subsequent points on the temperature profile curve in the vicinity of the body surface. This approach was used because the microclimate surrounding the human body differs in thickness depending on the body segment and the surrounding environment. To accurately simulate the thermal environment, the numerical model was validated beforehand using experimental data collected in a climate chamber equipped with a thermal manikin. Furthermore, an example of the practical implementations of this coupling is reported in this paper through radiant floor cooling simulation cases, in which overall and local thermal sensation and comfort were investigated using the coupled UCB model. KW - Numerische Strömungssimulation KW - Mikroklima KW - Wärmeübergangszahl KW - Wärmeempfindung KW - computational fluid dynamics KW - microclimate KW - UCB model KW - heat transfer coefficient KW - thermal sensation Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190218-38517 UR - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ina.12451 N1 - This is the peer reviewed version of the article published in Indoor Air 28 (3), 415-425 (2018) and may be found in final form at https://doi.org/10.1111/ina.12451. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Self-Archiving. Copyright 2018 John Wiley & Sons. This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the authors and John Wiley & Sons. VL - 2018 IS - 28, Heft 3 SP - 415 EP - 425 ER - TY - THES A1 - Völker, Conrad T1 - Untersuchungen hinsichtlich des Einflusses von PCM auf die Raumlufttemperatur T1 - Impact of PCM on indoor temperatures N2 - Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit war es, „Untersuchungen hinsichtlich des Einflusses von Phase Change Materials auf die Raumlufttemperatur“ durchzuführen und anschließend die Ergebnisse auszuwerten. Dabei galt es, thermodynamische Grundlagen zu erläutern sowie den derzeitigen Stand der Forschung darzulegen. Dies wurde umfassend bearbeitet, allerdings kann hierbei aufgrund des Umfangs und der Vielfalt im Bereich der internationalen PCM-Forschung kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben werden. Ein Hauptteil dieser Arbeit bestand darin, den Versuchsaufbau der Referenzräume im Eiermann-Bau in Apolda als Grundlage für spätere Messungen detailliert zu beschreiben. Dabei wurde auf die gesamte Messanlage, die eingebrachten PCM sowie auf daraus resultierende physikalische Kenngrößen ausführlich eingegangen. Es galt, geometrische, chemische und physikalische Einflüsse einzuschätzen, aber auch Schwachstellen aufzudecken, um die später folgenden Messreihen exakt auswerten zu können. Als kritisch einzuschätzende Größe fiel dabei besonders das eingebrachte Salzgemisch auf, welches hinsichtlich des Schmelz- und Kristallisationsbereiches als kaum beurteilbar auffiel. Dies konnte auch nach mehreren Untersuchungen, hier ist insbesondere die dynamische Differenzkalorimetrie zu nennen, nicht hinreichend geklärt werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden vergleichende Messreihen durchgeführt, welche durch verschiedene Luftwechselraten gestaltet wurden. Im Maximum konnte dabei im PCM-konditionierten Raum eine Reduktion der Temperatur um 6 K erreicht werden. Dabei muss allerdings berücksichtigt werden, dass diese Differenz größtenteils auf die thermische Masse des Salzgemischs zurückgeführt werden kann. Eine abschließende Messung ohne Salzgemisch zeigte, dass aufgrund des latenten Wärmespeichervermögens des PCM-Putzes lediglich eine thermische Differenz von 2 K erreicht werden kann. Hinsichtlich der Luftwechselrate ist anzumerken, dass die erwartete, vergleichsweise zügige Auskühlung trotz Lüftung in der Praxis nicht nachvollzogen werden konnte. Zur Auswertung der gewonnenen Messwerte galt es, das am Lehrstuhl Bauphysik vorhandene mathematische Minimalmodell auf die am Objekt vorhandenen Randbedingungen anzupassen. Aus den Datenwolken der Atmosphärentemperatur sowie der Globalstrahlung mussten Funktionen approximiert werden, da diese äußeren Zwänge einen entscheidenden Einfluss auf den Verlauf der Innenraumtemperatur ausüben. Die Ergebnisse der Berechungen des Temperaturverlaufs können als zufrieden stellend betrachtet werden, jedoch wurde deutlich, dass ein genaues Nachstellen nicht möglich ist. Dies ist vor allem auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Minimalmodell lediglich eine Beschreibung der wesentlichen Prozesse mathematisch abbildet. Eine kritische Auseinandersetzung hinsichtlich allgemeiner Standpunkte als auch der Anwendbarkeit auf die Referenzräume wurde abschließend diskutiert. KW - Latentwärmespeicher KW - Raumlufttemperatur KW - PCM KW - Phase Change Materials Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6639 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - INPR A1 - Vogel, Albert A1 - Völker, Conrad A1 - Bode, Matthias A1 - Marx, Steffen T1 - Messung und Simulation der Erwärmung von ermüdungsbeanspruchten Betonprobekörpern T2 - Bauphysik N2 - Im vorliegenden Beitrag werden Messungen und Berechnungen vorgestellt, die die Temperaturentwicklung in Betonzylindern aufgrund zyklischer Beanspruchung genau beschreiben. Die Messungen wurden in einem Versuchsstand, die Berechnungen im FEM-Programm ANSYS durchgeführt. Mit Hilfe der Temperaturmessungen konnten die Simulationen für die Temperaturentwicklung der Betonzylinder mit der verwendeten Betonrezeptur validiert werden. Die Untersuchungen lassen den Schluss zu, dass bei zyklischer Probekörperbelastung und der einhergehenden Probekörperdehnung Energie dissipiert wird und diese maßgeblich für die Erwärmung der Probe verantwortlich ist. N2 - This paper presents measurements and simulations that describe the temperature development in concrete cylinders due to cyclic loading. The measurements were carried out in a test stand, the simulations in the FEM program ANSYS. The simulations of the temperature development in the concrete cylinders with the used concrete recipe were validated using the temperature measurements. The investigations lead to the conclusion that energy is dissipated during cyclic test specimen loading and the accompanying test specimen elongation and that this is mainly responsible for the heating of the specimen. KW - zyklische Beanspruchung KW - Ermüdung KW - Dissipation KW - zyklische Beanspruchung KW - Ermüdung KW - Dissipation KW - cyclic load KW - fatigue Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200425-41471 UR - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bapi.201900031 N1 - This is the pre-peer reviewed version of the following article: hhttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bapi.201900031, which has been published in final form at https://doi.org/10.1002/bapi.201900031. VL - 2020 IS - Volume 42, Issue 2 SP - 86 EP - 93 PB - John Wiley and Sons ER - TY - RPRT A1 - Vogel, Albert A1 - Völker, Conrad A1 - Arnold, Jörg A1 - Schmidt, Jens A1 - Thurow, Torsten A1 - Braunes, Jörg A1 - Tonn, Christian A1 - Bode, Kay-André A1 - Baldy, Franziska A1 - Erfurt, Wolfgang A1 - Tatarin, René T1 - Methoden und Baustoffe zur nutzerorientierten Bausanierung. Schlussbericht zum InnoProfile Forschungsvorhaben N2 - Nutzerorientierte Bausanierung bedeutet eine gegenüber dem konventionellen Vorgehen deutlich verstärkte Ausrichtung des Planungs- und Sanierungsprozesses auf die Anforderungen und Bedürfnisse des zukünftigen Nutzers eines Gebäudes. Dies hat einerseits ein hochwertigeres Produkt zum Ergebnis, erfordert andererseits aber auch den Einsatz neuer Methoden und Baustoffe sowie ein vernetztes Zusammenarbeiten aller am Bauprozess Beteiligten. Der Fokus der Publikation liegt dabei auf den Bereichen, die eine hohe Relevanz für die nutzerorientierte Bausanierung aufweisen. Dabei handelt es sich insbesondere um: Computergestütztes Bauaufmaß und digitale Bauwerksmodellierung (BIM), bauphysikalische Methoden zur Optimierung von Energieeffizienz und Behaglichkeit bei der Sanierung von Bestandsgebäuden, zerstörungsfreie Untersuchungsmethoden im Rahmen einer substanzschonenden Bauzustandsanalyse und Entwicklung von Ergänzungsbaustoffen. Das Projekt nuBau ist eine Kooperation zwischen den Fakultäten Bauingenieurwesen und Architektur der Bauhaus-Universität Weimar. Die beteiligten Professuren sind: Bauphysik, Informatik in der Architektur, Polymere Werkstoffe und Werkstoffe des Bauens. T3 - Schriftenreihe der Professur Bauphysik - 5 KW - Nutzerorientierte Bausanierung KW - BIM KW - zerstörungsfreie Prüfung KW - bauphysikalische Methoden KW - Ergänzungsbaustoffe Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130830-20229 UR - http://www.uni-weimar.de/cms/bauing/projekte/nubau/home.html SN - 978-3-86068-501-3 (Printausg.) ER - TY - INPR A1 - Vogel, Albert A1 - Benz, Alexander A1 - Völker, Conrad T1 - Untersuchung des Wärmeübergangs von zyklisch beanspruchten Betonzylindern N2 - Wiederkehrende Belastungen, wie sie beispielsweise an Brücken oder Windenergieanlagen auftreten, können innerhalb der Nutzungsdauer solcher Bauwerke bis zu 1.000.000.000 Lastwechsel erreichen. Um das dadurch eintretende Ermüdungsverhalten von Beton zu untersuchen, werden diese zyklischen Beanspruchungen in mechanischen Versuchen mit Prüfzylindern nachgestellt. Damit Versuche mit solch hohen Lastwechselzahlen in akzeptablen Zeitdauern durchgeführt werden können, wird die Belastungsfrequenz erhöht. Als Folge dieser erhöhten Belas-tungsfrequenz erwärmen sich allerdings die Betonprobekörper, was zu einem früheren, unrealistischen Versagenszeitpunkt führen kann, weshalb die Erwärmung begrenzt werden muss. Um die Wärmefreisetzung in der Probe zu untersuchen, wurden Versuche und Simulationen durchgeführt. Im Beitrag wird die analytische und messtechnische Analyse des Wärmeübergangs an erwärmten Betonzylindern vorgestellt. Resultierend daraus wird eine Möglichkeit zur Reduktion der Erwärmung an zyklisch beanspruchten Betonzylindern vorgestellt. N2 - Periodic load cycles, such as those that occur on bridges or wind turbines, are of great importance for dynamic long-term considerations of concrete. Within the life span of such structures, up to 1,000,000,000 load changes can be expected. To determine the fatigue strength, the resistance to periodic loads can be determined in a short time in laboratory tests by increasing the load frequency. As a result of this increased load frequency, however, the concrete test specimens heat up, which can lead to an earlier, unrealistic time of failure, which is why the heating must be limited. Therefore, tests and simulations were carried out to investigate the heat release in the sample. In this article, the analytical analysis and measurements of the heat release of heated concrete cylinders are presented. As a conclusion, a possibility of reducing the temperature of dynamically stressed concrete cylinders is introduced. KW - Zyklische Beanspruchung KW - Wärmeübergang KW - Wärmeübergangskoeffizient KW - Dissipation KW - Wärmeübergangskoeffizient an Zylinder KW - heat transfer coefficient for cylinders KW - cyclic load Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200619-41813 N1 - This is the pre-peer reviewed version of the following article: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bapi.202000004, which has been published in final form at https://doi.org/10.1002/bapi.202000004 VL - 2020 IS - Volume 42, Issue 3 SP - 131 EP - 138 PB - John Wiley and Sons ER - TY - JOUR A1 - Teitelbaum, Eric A1 - Alsaad, Hayder A1 - Aviv, Dorit A1 - Kim, Alexander A1 - Völker, Conrad A1 - Meggers, Forrest A1 - Pantelic, Jovan T1 - Addressing a systematic error correcting for free and mixed convection when measuring mean radiant temperature with globe thermometers JF - Scientific reports N2 - It is widely accepted that most people spend the majority of their lives indoors. Most individuals do not realize that while indoors, roughly half of heat exchange affecting their thermal comfort is in the form of thermal infrared radiation. We show that while researchers have been aware of its thermal comfort significance over the past century, systemic error has crept into the most common evaluation techniques, preventing adequate characterization of the radiant environment. Measuring and characterizing radiant heat transfer is a critical component of both building energy efficiency and occupant thermal comfort and productivity. Globe thermometers are typically used to measure mean radiant temperature (MRT), a commonly used metric for accounting for the radiant effects of an environment at a point in space. In this paper we extend previous field work to a controlled laboratory setting to (1) rigorously demonstrate that existing correction factors used in the American Society of Heating Ventilation and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) Standard 55 or ISO7726 for using globe thermometers to quantify MRT are not sufficient; (2) develop a correction to improve the use of globe thermometers to address problems in the current standards; and (3) show that mean radiant temperature measured with ping-pong ball-sized globe thermometers is not reliable due to a stochastic convective bias. We also provide an analysis of the maximum precision of globe sensors themselves, a piece missing from the domain in contemporary literature. KW - Strahlungstemperatur KW - Mean radiant temperature KW - Globe thermometers KW - Indoor environment KW - Thermal comfort KW - Measurements KW - OA-Publikationsfonds2022 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220509-46363 UR - https://www.nature.com/articles/s41598-022-10172-5#citeas VL - 2022 IS - Volume 12, article 6473 PB - Springer Nature CY - London ER - TY - JOUR A1 - Pollack, Moritz A1 - Lück, Andrea A1 - Wolf, Mario A1 - Kraft, Eckhard A1 - Völker, Conrad T1 - Energy and Business Synergy: Leveraging Biogenic Resources from Agriculture, Waste, and Wastewater in German Rural Areas JF - Sustainability N2 - The imperative to transform current energy provisions is widely acknowledged. However, scant attention has hitherto been directed toward rural municipalities and their innate resources, notably biogenic resources. In this paper, a methodological framework is developed to interconnect resources from waste, wastewater, and agricultural domains for energy utilization. This entails cataloging existing resources, delineating their potential via quantitative assessments utilizing diverse technologies, and encapsulating them in a conceptual model. The formulated models underwent iterative evaluation with engagement from diverse stakeholders. Consequently, 3 main concepts, complemented by 72 sub-concepts, were delineated, all fostering positive contributions to climate protection and providing heat supply in the rural study area. The outcomes’ replicability is underscored by the study area’s generic structure and the employed methodology. Through these inquiries, a framework for the requisite energy transition, with a pronounced emphasis on the coupling of waste, wastewater, and agriculture sectors in rural environments, is robustly analyzed. KW - Energiewende KW - Energieplanung KW - Abfallwirtschaft KW - organischer Abfall KW - Biomasse KW - Regionalentwicklung KW - biogene Abfallstoffe KW - Abwassermanagement KW - OA-Publikationsfonds2023 Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20231222-65172 UR - https://www.mdpi.com/2071-1050/15/24/16573 VL - 2023 IS - volume 15, issue 24, article 16573 SP - 1 EP - 25 PB - MDPI CY - Basel ER -