Gebäudetechnik

Mit ungefähr 25 wissenschaftlichen Mitarbeitern*innen bzw. Professor*innen forscht das Center for Building Technology an effizienten Systemlösungen zur nachhaltigen Energieversorgung von Gebäuden. 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 regenerativer 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, Brennstoffzelle, Integration der Elektromobilität etc.) dar.

Innerhalb der lebenszyklusorientierten Betrachtung werden dabei auch neue Möglichkeiten zur Betriebsperformanceanalysen erarbeitet. Um Abweichungen vom idealen Betriebszustand auf Anlagen- und Systemebene selbständig 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 Analysemodelle 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 folgende vier Research Areas gegliedert:

Low Carbon Energy Systems
Heat Pump Technologies
Building Automation and Management
Indoor Environmental Technologies

Die Arbeiten der Research Areas werden durch den Einsatz von modernsten Datenanalysewerkzeuge und Simulationsmethoden unterstützt. Darüber hinaus verfügt das Center 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
Tracer Gas Messtechnik
Wasserlabor
Massenspektrometer
Flammenionisationsdetektor (FID)
Brennstoffanalyse (Brennwert, Feuchtegehalt, Aschegehalt usw.)
Testumgebung für Solarthermie-, PV-, PVT- und PV-Batterie-Systeme
Testumgebung für Redox-flow Batterie- und Brennstoffzellensysteme
Thermische Behaglichkeitsmesstechnik
Zwei Outdoor-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, Machine Learning und Deep Learning Software mit High Performance Rechencluster
Gebäude- und Anlagensimulationssoftwaretools

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
Umfangreiche Anlagenhydraulik zum Testen verschiedener thermisch aktivierter Bauteilsysteme
Offene Gebäudeleittechnik zur Entwicklung und Validierung von modellbasierenden Regelungsstrategien
Umfangreiche BACnet-Schnittstellen zur Integration von IoT-Sensoren und zur Entwicklung von intelligenten Monitoring- und Kommunikationssystemen
Digitaler Betriebsdatenzwilling inkl. Machine Learning und Deep Learning Interface
Umfassendes BIM Modell inkl. Augmented Reality Applikationen

Zudem kann das ENERGETIKUM als Testumgebung für die

Integration von PEM und SOFC-Brennstoffzellensystemen
elektrochemische Speichersysteme (inkl. LiFePO₄, RedoxFlow und rSOC)
Entwicklung von digitalen Diagnosemethoden, Fault-Detection and Diagnostic, Anomaly Detection
Entwicklung und Validierung von modellbasierten prädiktiven Regelalgorithmen

verwendet werden.