Gebäudetechnik

Mit ca. 25 wissenschaftlichen Mitarbeitern:innen und Professor:innen forscht das Center for Building Technology an effizienten Systemlösungen zur nachhaltigen Energieversorgung von Gebäuden und Quartieren. Dabei werden die nutzerspezifischen Anforderungen, aktuelle Entwicklungen von regulativen Rahmenbedingungen sowie wirtschaftliche Faktoren berücksichtigt. Der ganzheitliche Ansatz umfasst neben passiven bauphysikalischen Effizienzmaßnahmen auch die Erforschung von dezentralen Energieversorgungskonzepten mit Einbindung von regenerativen Energien und der dazu notwendigen intelligenten Kommunikation zwischen Erzeugung, Verteilung und Nutzung. Ein besonderer Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten stellt dabei die Entwicklung von skalierbaren Last- und Speichermanagementlösungen unter Berücksichtigung von Sektorkopplungstechnologien (Wärmepumpe, Elektromobilität, Elektrolyse, Brennstoffzelle etc.) dar.

Innerhalb der lebenszyklusorientierten Betrachtung werden dabei auch neue Möglichkeiten zur Betriebsperformanceanalysen erarbeitet. Um Abweichungen vom idealen Betriebszustand auf Anlagen- und Systemebene frühzeitig zu erkennen und Optimierungs- und Inspektionsmaßnahmen automatisiert einleiten zu können werden numerische Methoden in Kombination mit Building Information Modeling (BIM) eingesetzt. Als Datengrundlage dienen dabei digitalisierte Komponenten- und Betriebsdateninformationen mit definierter Ontologie und Semantik. Der dadurch erzielte allgemeingültige Ansatz eröffnet einen sehr effizienten Zugang zu neuen innovativen Systemlösungen, Dienstleistungen und Geschäftsmodellen. Konkret können die Daten- und Analysemethoden für Hersteller zur Produktentwicklung, für Planer zur Designreflexion und Ausführungsüberwachung sowie für Betreiber zur Entwicklung von datengetriebenen Inbetriebnahme-, Wartungs- und Instandhaltungsstrategien genutzt werden.

Research Areas und methodische Kompetenzen des Centers

Das Center for Building Technology ist thematisch in die Research Areas

Integrated Energy Systems
Building Automation and Management
Building Information Modeling (BIM) und
Indoor Environmental Quality

gegliedert.

Die Arbeiten der Research Areas werden durch den Einsatz von modernsten IoT-Technologien, Datenanalysewerkzeugen und Simulationsmethoden unterstützt. Darüber hinaus verfügt das Center über eine umfangreiche labortechnische Ausstattung. Für die Komponentenentwicklung stehen folgende Einrichtungen zur Verfügung:

Laborklimaanlage
Klimakabine
Niedertemperaturkabine
Wärmepumpenprüfstand mit Einbindung in einer „Hardware in the Loop“-Umgebung
Particle Image Velocimetry & Laser Induced Fluorescence
Spektroradiometer
Akustikkabine mit Schalldruck-, Schallintensitäts- und Körperschallsensorik
Akustische Kamera zur Schallquellenortung und zur Entwicklung von schallbasierenden Predictive Maintenance Methoden
Tracer Gas Messtechnik
Wasserlabor
Sorptionsisothermenmessgerät
Massenspektrometer
Flammenionisationsdetektor (FID)
Brennstoffanalyse (Brennwert, Feuchtegehalt, Aschegehalt usw.)
Testumgebung für Solarthermie-, PV-, PVT- und PV-Batterie-Systeme
Testumgebung für stationäre Batteriesysteme, Brennstoffzellensysteme, Elektrolysesysteme usw.
Testumgebung für Flächen- Heiz- & Kühlsysteme
Thermische Behaglichkeitsmesstechnik
Zwei Outdoor-PV & Solarthermie- Trackingsysteme (2-achsig nachgeführt, Anwendungsbereiche: Solarthermie, PV, PVT, Fassadenelemente etc.)
Raumluftqualitätsmesstechnik
Mobile Abgasmesstechnik
Mobile thermische Lastsimulatoren
Mobile Messtechnik zur Erfassung der thermischen und elektrischen Last- und Ertragsprofile von Gebäuden und dezentralen Energieversorgungseinheiten für Feldmessungen
Testumgebung für hydraulische Systeme
Testumgebung für halbleiterbasierende Raumluftqualitätssensoren
CFD mit High Performance Rechencluster
Machine Learning, Deep Learning & Reinforcement Learning Environment
Gebäude- und Anlagensimulationssoftwaretools
Laser Flash-Analyse Gerät zur Messung von Temperaturleitfähigkeit
3D Laser Scanner und Photogrammetriesysteme zur Entwicklung neuer digitaler Planungs-, Errichtungs- und Betriebsmethoden von gebäudetechnischen Anlagen.

Für die Entwicklung von Monitoringsystemen, regelungstechnischen Konzepten, intelligenten Kommunikationsstrategien für die Sektorkopplung und ganzheitliche Systemoptimierungen wurde ein eigenes Versuchsgebäude errichtet. Das sogenannte Living Lab ENERGETIKUM ist mit folgenden Features ausgestattet:

Wetterstation mit kurzwelliger und langwelliger Strahlungssensorik
Mobile Strahlungssensorik für die wärmetechnische Untersuchung von Glasfassaden
Intelligente Lichttechnik (Human Centric Lighting – HCL)
Umfangreiche Anlagenhydraulik zum Testen verschiedener thermisch aktivierter Bauteilsysteme
Offene und gewerkeübergreifende Gebäudeleittechnik zur Entwicklung und Validierung von modellbasierenden Regelungsstrategien
Umfangreiche BACnet-Schnittstellen zur Integration von IoT-Sensoren und zur Entwicklung von intelligenten Monitoring- und Kommunikationssystemen (z.B. BACnet OPC – Server).
Digitaler Betriebsdatenzwilling inkl. Machine-, Deep- und Reinforcement-Learning Interface
Umfassendes BIM Modell inkl. Augmented Reality Applikationen Zudem fungiert das ENERGETIKUM als Testumgebung für
Die Integration von PEM und SOFC-Brennstoffzellensystemen
Elektrochemische Speichersysteme (inkl. LiFePO4, RedoxFlow und rSOC)
Schnittstellen zur E-Mobilität (Analyse und Optimierung von Ladestrategien zur PV-Nutzung)
Die Entwicklung von digitalen Diagnosemethoden zur „Fehlererkennung und Diagnose“ (Fault-Detection and Diagnostic) und „Anomalieerkennung“ (Anomaly Detection)
Die Entwicklung und Validierung von modellbasierten (datengetriebenen) prädiktiven Regelalgorithmen