Towards the New Vernacular : A Study on Climate-Responsive Buildings in Informal Cairo

Abstract

In 2019 buildings accounted for an estimated 35% of total global energy use and almost 38% of energy-related greenhouse gas emissions, and this number could even triple by 2050 due to several trends, one of which is the increased access for billions of people in the global South to adequate housing and electricity. When globalisation and technological development are confronted with rapid urbanisation, climate change, and the provision of adequate living conditions, vernacular and traditional architecture still occupies a marginal position in science.

By taking Cairo as a case study, this research builds up on the lessons learned from local and vernacular architecture. Wants to find and test design strategies and passive systems that work in Cairene’s climate. While focusing on the architecture of informal apartment blocks, it seeks to what extent it can meet the end user’s thermal comfort expectations while being energy and environmentally sound. Furthermore, linking the meta topics of vernacular architecture, thermal comfort, and energy consumption brings new insights into the discussion about sustainable urban development in hot and dry climates.

With a theoretical and empirical study, the characteristics, and the thermal and energy performance of three Cairene buildings are discussed and compared. An optimisation study of an informal building is conducted. Different strategies, systems, and relative options to increase comfort and decrease energy demand are explored. In addition, some of the well performing options are further analysed, and through a costbenefit and a future climate scenario analysis, the consequences of their implementation are discussed. Several sensitivity studies are carried out to find which systems and strategies might affect the end user’s comfort of the informal building. Furthermore, by digitally re-locating the analysed informal building into different urban scenarios, the elements that influence the building performance are further analysed with the help of parametric analysis. This last point leads to a series of recommendations that might be useful when designing a new building within this context or when retrofitting an existing one. Furthermore, limitations and outlook for further research are discussed.

A general summary of learnings is made in the closing remarks, and an answer to the research is given. A reflection about the research process and its outcomes is carried out, and the connection to the overarching topics of adaptation and mitigation in the Egyptian context is made.

Im Jahr 2019 entfielen schätzungsweise 35% des weltweiten Gesamtenergieverbrauchs und fast 38% der energiebedingten Treibhausgasemissionen auf Gebäude. Diese Zahl könnte sich bis 2050 aufgrund mehrerer Trends verdoppeln oder sogar verdreifachen, unter anderem durch den verbesserten Zugang von Milliarden von Menschen im globalen Süden zu angemessenem Wohnraum und ausreichender Stromversorgung. Doch wenn Globalisierung und die technologische Entwicklung auf die rasante Urbanisierung, den Klimawandel sowie adäquaten Lebensbedingungen stoßen, nimmt die volkstümliche und traditionelle Architektur in der Wissenschaft noch immer eine Randposition ein.

Am Beispiel von Kairo baut diese Untersuchung auf den Erfahrungen mit lokaler und volkstümlicher Architektur auf. Ziel ist es, Entwurfsstrategien und passive Systeme zu finden und zu testen, die unter den klimatischen Bedingungen Kairos funktionieren. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Architektur informeller Wohnblocks und untersucht, inwieweit diese die Erwartungen der Endnutzer an den thermischen Komfort erfüllen und gleichzeitig energie- und umweltverträglich sein kann. Darüber hinaus bringt die Verknüpfung der Metathemen volkstümliche Architektur, thermischer Komfort und Energieverbrauch neue Erkenntnisse in die Diskussion über nachhaltige Stadtentwicklung in heißen und trockenen Klimazonen.

Anhand einer theoretischen und empirischen Studie werden die Merkmale sowie die thermische und energetische Leistung von drei kairischen Gebäuden diskutiert und verglichen. Des Weiteren wird eine Optimierungsstudie für ein informelles Gebäude durchgeführt, dabei werden verschiedene Strategien, Systeme und relative Optionen zur Steigerung des Komforts und zur Senkung des Energiebedarfs untersucht. Einige der gut funktionierenden Optionen werden im Anschluss weiter analysiert. Anhand einer Kosten-Nutzen-Analyse und unter Berücksichtigung eines zukünftigen Klimaszenarios werden die Folgen ihrer Umsetzung diskutiert. Es werden mehrere Sensitivitätsstudien durchgeführt, um herauszufinden, welche Systeme und Strategien sich auf den Komfort des informellen Gebäudes für den Endnutzer auswirken könnten. Darüber hinaus werden die Elemente, die die Leistung des Gebäudes beeinflussen, mit Hilfe parametrischer Analysen weiter analysiert, indem das analysierte informelle Gebäude digital in verschiedene urbane Szenarien eingefügt wird. Dieser letzte Punkt führt zu einer Reihe von Empfehlungen, die beim Entwurf eines neuen Gebäudes in diesem Kontext oder bei der Nachrüstung eines bestehenden Gebäudes nützlich sein könnten. Schließlich werden Einschränkungen und Perspektiven für die weitere Forschung diskutiert.

In den Schlussbemerkungen wird eine allgemeine Zusammenfassung der Erkenntnisse vorgenommen und eine Antwort auf die Forschungsfragen gegeben. Es wird eine Reflexion über den Forschungsprozess und seine Ergebnisse durchgeführt sowie eine Verbindung zu den übergreifenden Themen Anpassung und Mitigation im ägyptischen Kontext hergestellt.