Zur Simulation von Einflussgrößen der Behaglichkeit und Energieeffizienz in Personenbahnhöfen - Entwicklung und Bewertung quantitativer und numerischer Verfahren

Personenbahnhöfe dienen als Schnittstelle zwischen Zugverkehr und anderen öffentlichen und privaten Verkehrsmitteln. Ihre zentrale Aufgabe besteht darin, • Reisenden ein Umfeld zu bieten, in dem sie pünktlich, stressfrei und sicher Züge erreichen, • Zügen eine Infrastruktur zu bieten, in der sie Reisende aufnehmen und absetzen können. Sie sind hochdynamische und in ihrer großen Anzahl sehr heterogene Systeme, die von stark schwankenden Verkehrs- und Wettersituationen beeinflusst werden. Bahnhöfe sind Teil komplexer Reiseketten, die aus der Nutzung öffentlicher und privater Verkehrsmittel bestehen. Diese Reiseketten stehen in Konkurrenz zum motorisierten Individualverkehr, der keinen Wechsel der Verkehrsmittel und somit keine Infrastruktur zum Umsteigen erfordert. Da Komfort ein wichtiges Entscheidungskriterium für die Wahl zwischen alternativen Reiseketten ist, sollten Bahnhöfe ein Behaglichkeitsniveau bieten, welches sich homogen an das in den Zügen anfügt und konkurrenzfähig zum Individualverkehr ist. Die Sicherstellung des thermischen Komforts erfordert in bestimmten Situationen den Einsatz von Energie. Die Optimierung der Energieeffizienz bedeutet die Minimierung des Energieverbrauchs bei gleichzeitiger Sicherstellung eines angemessenen Funktionalitäts- und Komfortniveaus. Die Anordnung und Trennung der Gebäudezonen unter den Aspekten Energieverbauch, Komfort und Funktionalität kann zu sich widersprechenden Zielen führen: Die Durchlässigkeit für Menschen versus die Durchlässigkeit für Wärme, Luft und Licht. Optimale Lösungen erfordern ein stabiles Gleichgewicht, aber auch die Möglichkeit einer dynamischen Regelung. Im Zuge der Arbeit werden vier zentrale Fragen zu Bahnhöfen analysiert und beantwortet: 1. Welche Größen sind für Energieeffizienz, thermischen Komfort und Funktionalität relevant? 2. Lassen sich die Größen mit Hilfe von quantitativen und numerischen Methoden optimieren? 3. Welche allgemeinen Aussagen folgen aus den beispielhaften Analysen zur Energieeffizienz? 4. Wie müssten die Erkenntnisse praktisch angewendet und die Modelle erweitert werden? Traditionelle, d.h. rein qualitative Analysewerkzeuge reichen für die Erforschung des dynamischen Systems Bahnhof nicht aus. Es gibt nicht das eine Modell, welches alle relevanten Parameter auf einmal numerisch optimieren kann. Daher werden in dieser Arbeit fünf verschiedene numerische und quantitative Verfahren verwendet, davon zwei neu entwickelt, die jeweils einen Teilaspekt von Bahnhöfen modellieren und simulieren. Die quantitativen Analysen zeigen, dass Bahnhöfe nicht als statische Bauwerke, sondern als dynamische Architektur betrachtet, geplant und betrieben werden müssen. Dabei ist es nötig und mit den beschriebenen Werkzeugen auch möglich, zukünftige Zustände kurzfristig zu prognostizieren und bereits im Vorfeld darauf zu reagieren.

Passenger railway stations serve as an interface between public railway services and other public or private transport systems. Their main tasks are to enable • Travelers to reach their scheduled train on time, safely and unstressed and • Trains to safely pick up travelers from cities and communities and bring them to their destination. They are highly dynamic and heterogeneous systems which are significantly impacted by changing weather and traffic conditions. Railway stations are part of complex travel chains composed of both public and individual transportation. These chains compete with individual motorized traffic, which requires no change of means of transportation from door to door and thus respective building infrastructure. For competitive reasons it is eminent to keep a certain comfort level in the stations, preferably comparable to the level provided in vehicles. In order to ensure thermal comfort in certain circumstances energy input is required. The optimization of energy efficiency is the minimization of energy consumption while at the same time ensuring a certain level of comfort and also functionality. The arrangement and separation of building areas under consideration of energy consumption, comfort and functionality might lead to contradictory objectives: permeability for people vs. permeability for thermal energy, air and light. Optimal solutions require both a stable balance and the possibility for dynamic regulation. In the course of the thesis the following four key aspects are being analyzed and solutions proposed: 1. What are the relevant parameters for optimization of energy efficiency, comfort and full functionality of a public railway station? 2. To what extent are quantitative and numeric methods applicable to support the optimization of stations in terms of energy efficiency and comfort? 3. What are general conclusions to be drawn from this exemplary analysis? 4. How can the results be used in practice and what would be worthwhile topics for further or additional research? Traditional purely qualitative analytical tools were found insufficient for a depletive analysis of complex railway station systems. There is no one model which is capable of numerically optimizing all relevant parameters in parallel. Hence five different numerical and quantitative methods, two of them newly invented, are applied in this thesis to model and simulate stations in variable ways. The quantitative analysis shows that stations should be regarded, planned and operated as dynamic architecture instead of static buildings. The findings of this thesis enable the essential capability of anticipating future situations in order to be in position to act beforehand.