Mitigating future cooling demand in Vienna’s interwar social housing through passive and hybrid strategies

Abstract

Wiens sozialer Wohnungsbau aus der Zwischenkriegszeit mit Mauerwerk und begrenzter Dämmung ist durch den Klimawandel zunehmend anfällig für extreme Sommerhitze. Diese Arbeit untersucht passive Kühlstrategien (Nachtlüftung und Sonnenschutz) und hybride Kühlstrategien (radiatorbasierte Kühlung durch Fernkälte) in drei repräsentativen Wiener Gemeindebauten: Karl-Marx-Hof, Reumann-Hof und Sandleiten-Hof, um den thermischen Komfort zu verbessern und den Energieverbrauch zu minimieren. Detaillierte Gebäudeperformance-Simulationen werden mit lokalen Klimadaten für aktuelle Bedingungen (2024) und projizierte Szenarien für 2050 gemäß RCP 4.5 durchgeführt. Die Studie bewertet die Auswirkungen einzelner und kombinierter Kühlstrategien auf operative Temperatur, Unbehaglichkeitsstunden und Kühlenergiebedarf im Vergleich zum Basisfall ohne Intervention. Die Ergebnisse zeigen, dass passive Kühlung die Überhitzung (Stunden über 27°C) im Vergleich zum Basisfall 2050 erheblich reduziert (33 - 66% Reduktion). Hybride Radiatorkühlung allein bietet nur begrenzten zusätzlichen Komfort (1 - 6% Reduktion der Überhitzungsstunden, 0,2 - 0,3°C Temperaturreduktion) aufgrund fester Kapazitätsbeschränkungen in großen Raumvolumen. Die Kombination von Radiatoren mit passiven Maßnahmen verbessert den thermischen Komfort jedoch deutlich und erreicht 36 - 71% Gesamtreduktionen (2 - 3°C Spitzentemperaturreduktionen), wodurch 475 - 903 Überhitzungsstunden eliminiert werden (Karl-Marx-Hof: 903 Stunden; Reumann-Hof: 475 Stunden; Sandleiten-Hof: 633 Stunden) im Vergleich zum Basisfall 2050. Die Ergebnisse unterstreichen den Bedarf an Kühllösungen, die architektonische Denkmalpflege und sozialpolitische Rahmenbedingungen respektieren, welche traditionelle Klimaanlagen verbieten. Diese Arbeit verwendet dynamische Gebäudesimulationen und Klimaszenario-Analysen, um evidenzbasierte Empfehlungen für nachhaltige Sanierungsstrategien zu generieren und trägt zur verbesserten Hitzeresilienz und zum Bewohnerkomfort in historischen Wiener Gemeindebauten bei. Die Ergebnisse liefern praktische Leitlinien für klimaangepasste Sanierungen und heben Bereiche für zukünftige Forschung hervor, einschließlich Kostenbewertungen, Installations- und Wartungsüberlegungen sowie bewohnerorientierter adaptiver Steuerungen.

Vienna’s social housing built during the years between the first and second World wars, with masonry construction and limited insulation, is increasingly vulnerable to extreme summer heat due to climate change. This thesis investigates passive cooling (night ventilation and solar shading) and hybrid cooling (radiator-based cooling supplied by district cooling) strategies across three representative Viennese social housing complexes: Karl-Marx-Hof, Reumann-Hof, and Sandleiten-Hof, with the aim of enhancing indoor thermal comfort while minimizing energy consumption. Detailed building performance simulations are done using the local climate data for current conditions (2024) and projected scenarios for near future (2050) under Representative Concentration Pathways (RCP) 4.5. The study assesses the impacts of individual and combined cooling strategies on operative temperature, discomfort hours, and cooling energy demand compared to the Base case (case without any additional intervention). Results show that passive cooling significantly reduces overheating (hours with indoor temperatures above 27°C) when compared with the base case in 2050 (around 33-66% reduction). Hybrid radiator cooling alone offers limited additional comfort, around 1- 6% reduction in overheating hours and 0.2 - 0.3°C temperature reduction due to radiator fixed capacity constraints in large room volumes. However, when these radiators are combined with passive interventions, it significantly improves thermal comfort beyond passive strategies alone, although challenges persist during extended heatwaves. It achieves 36 - 71% total reductions in these buildings (2 - 3°C peak temperature reductions), eliminating a total of 475-903 overheating hours (Karl-Marx-Hof: 903 hours; Reumann-Hof: 475 hours; Sandleiten-Hof: 633 hours) compared to the Base Case 2050. The findings highlight the critical need for cooling solutions that respect architectural preservation and social housing policy constraints prohibiting the traditional AC systems. This thesis uses detailed dynamic building simulations and climate scenario analysis to generate evidence-based recommendations for sustainable retrofit strategies, contributing to improved heat resilience and occupant comfort in historic Viennese social housing under future climates. The findings provide practical guidelines for climate-adaptive retrofits and highlights areas for future research including cost assessments, installation and maintenance considerations, occupant-centered adaptive controls and other cooling solutions.