Fachkompetenzen des Institutes für Technische Gebäudeausrüstung

TGA-Gebäudesimulation

Die kompetente Systemfindung in der Technischen Gebäudeausrüstung ist ein Schlüssel zum Erfolg in der TGA, denn wer bereits in der Vorentwurfsphase fundierte Antworten geben kann auf die Wirtschaftlichkeit komplexer TGA Systeme, erhält im Regelfall in der Angebotsphase den Zuschlag. Anhand von Simulationen reift aber auch das Verständnis für die Gebäudetechnik im Hinblick auf den Anlagenbetrieb.

Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 1
Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 1 (Bild: Prof. Henne)
     Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 2
Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 2 (Bild: Prof. Henne)

Im BA Modul Gebäudesimulation kann dabei über das einfache Einlesen der Gebäudehülle sowie der Profile schnell die Nutzenergie unterschiedlichster Gebäude ermittelt werden. Am Institut wurde diesbezüglich bereits vor einigen Jahren das Tool GBS (Green Building Simulation) entwickelt, dass auf Basis von Testreferenzjahren, aber auch Echtzeitwetterstationen den gebäudetechnischen Nutzen auf Stunden-, Minuten oder Sekundenbasis ermittelt. Im Vordergrund stehen Gebäudeeinflußparameter wie: U-Werte, Verschattung, Sonnenschutz, abgesenkter Betrieb, Nutzerverhalten (WW, Strom, Lüftung) u.v.m. Simuliert werden dabei energetische, aber auch gesundheits- und komfortbasierte Fragestellungen (u.a. CO2, Staub) aus dem Bereich der TGA. Der Modul liefert das Grundverständnis für die instationären Energieflüsse im Gebäude. Das verifizierte Simulationstool rechnet dabei basierend auf aktuellen Normen sehr genau.

Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 3
Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 3 (Bild: Prof. Henne)
   Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 4
Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 4 (Bild: Prof. Henne)

In der BA Abschlußarbeit, im Masterpflichtfach Energetisch, wirtschaftliche Bewertung von Gebäuden (sowie in Masterprojekten und Masterthesis) werden danach komplexe TGA-Anlagen auf Basis des Endenergiebedarfs (also zusätzliche Approximation des Aufwands nach DIN EN 18599) simuliert und u.a. Antworten auf nachfolgende Fragestellungen gefunden:

  • was ist sinnvoller Solarthermie, PV oder PVT – Technologie – oder nichts von alledem
  • Erhöhung des COP‘s infolge PV gestützter Luft-Wärmepumpentechnologie (analog EER - KM)
  • Effizienzsteigerung prädiktiver Technologien
  • jährlicher Endenergiebedarf eine Wärmepumpe basierend auf geothermischer Tiefenbohrung
  • lohnen sich BHKW‘s und wie ist die Dimensionierung in Verbindung mit Spitzenlastkessel
  • ist eine BHKW-kombinierte Absorptionskältemaschine sinnvoll
  • welchen Endenergiebedarf besitzt eine elektrische Warmwasserbereitung
  • auf welche Größe müssen etwaige Speichersysteme ausgelegt werden
  • wie ist das sensitive Zusammenspiel aller Komponenten zur Anlagenoptimierung
  • wie sieht der RLT-Teillastbetrieb über das Jahr gesehen im h,x-Mollier Diagramm aus
  • Wirtschaftlichkeit all jener innovativen, aber im Regelfall kostenintensiven Technologien

Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 5
Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 5 (Bild: Prof. Henne)
   Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 6
Fachkompetenzen - TGA Gebäudesimulation 6 (Bild: Prof. Henne)

Existierende Tools erfahren eine Weiterentwicklung auch auf Basis des Gebäudemonitorings. Planungsinstrumente wie CAD und BIM sind über die Datenaustauschformate IFC oder XML in Planung. Flankierend zu den Modulen werden Kenntnisse in der Programmierumgebung VBA (Excel) vermittelt/erworben und im Selbststudium anwendungsorientiert weiter gefestigt. Neben einem ausgeprägten, mathematischen Grundverständnis sollten Studierende prinzipielles Interesse an der Programmierung der physikalischen Zusammenhänge besitzen.

Prof. Dr. Ralph-Andreas Henne


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Anwendungsorientierte Zertifizierung von GA-Komponenten

Als Ergebnis eines  Forschungsprojekts in Zusammenarbeit mit der Stadt Köln sollen GA-Komponenten zertifiziert werden. Hierzu wird eine anwendungsorientierte Testierung von Automationsstationen in Bezug auf Performance, Network-Security und Interoperabilität, an Hand von realen Netzen und HiL-Umgebungen, entworfen.​

Fachkompetenzen - Anwendungsorientierte Zertifizierung von GA-Komponenten
Fachkompetenzen - Anwendungsorientierte Zertifizierung von GA-Komponenten (Bild: Prof. Müller)

Prof. Dr. Jochen Müller

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Fachkompetenzen - Automatisierungskonzepte für spezifische Anwendungen der Gebäudetechnik

In diesem Forschungsschwerpunkt sollen Anlagen der Gebäudetechnik hinsichtlich ihrer Reglerperformance automatisiert bewertet und optimiert werden. Im Rahmen eines beantragten Forschungsprojekts werden Performance Indikatoren zur Bewertung von Regelkreisen im Kontext von Building Performance evaluiert und entwickelt, sowie ein SW-Algorithmus zur konfigurationsfreien Identifikation von Regler-Bausteinen, inkl. automatischer Aufzeichnung von charakteristischen Parametern des Regelkreises und Optimierung der Regler entwickelt werden. Die Optimierungsfunktionalität soll in Zusammenarbeit mit Herstellern der Automatisierungstechnik in deren Systemen implementiert werden.

Fachkompetenzen - Automatisierungskonzepte für spezifische Anwendungen der Gebäudetechnik
Fachkompetenzen - Automatisierungskonzepte für spezifische Anwendungen der Gebäudetechnik (Bild: Prof. Müller)

Prof. Dr. Jochen Müller

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Gebäudeautomation und Industrie 4.0

Der Forschungsbereich rund um die Themen Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge befasst sich mit Potentialen der Gebäudeautomation in diesen Bereichen und dem Entwurf sowie der Implementierung von Cloud basierten TGM- und GA- Anwendungen.

Im Rahmen eines von der KSB-Stiftung geförderten Forschungsprojekt werden bestehende Informationsmodelle im Bereich der TGA analysiert und eigene Modelle erstellt. Im nächsten Schritt sollen Cloud-Anwendungen für Wartung, Energiemanagement und Optimierung der Anlagen entworfen und bereitgestellt werden.

Fachkompetenzen - Gebäudeautomation und Industrie 4.0
Fachkompetenzen - Gebäudeautomation und Industrie 4.0 (Bild: Prof. Müller)

Prof. Dr. Jochen Müller

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Green Building Performance

Der Forschungsbereich rund um die Themen Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge befasst sich mit Potentialen der Gebäudeautomation in diesen Bereichen und dem Entwurf sowie der Implementierung von Cloud basierten TGM- und GA- Anwendungen.

Im Rahmen eines von der KSB-Stiftung geförderten Forschungsprojekt werden bestehende Informationsmodelle im Bereich der TGA analysiert und eigene Modelle erstellt. Im nächsten Schritt sollen Cloud-Anwendungen für Wartung, Energiemanagement und Optimierung der Anlagen entworfen und bereitgestellt werden.

Fachkompetenzen - Green Building Performance
Fachkompetenzen - Green Building Performance (Bild: Prof. Müller)

Prof. Dr. Jochen Müller

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Strömungsmessung und CFD-Simulation

Wir führen Strömungsmessungen zur Gebäudetechnik in Rohren, Kanälen und freien Strömungen in unseren Labors oder direkt bei unseren Kunden Vorort durch.

Neben der Messtechnik setzen wir seit 1999 die numerische Simulation setzen zum besseren Verständnis und zur Optimierung komplexer Strömungsvorgänge ein. Unser CFD-Labor hat sich inzwischen zu einer interdisziplinären Plattform für strömungstechnische Anwendungen aus den Fachgebieten Gebäudetechnik, Maschinenbau, Energie, Verfahrenstechnik und Brandschutz entwickelt.

Fachkompetenzen - Strömungsmessung und CFD-Simulation
Fachkompetenzen - Strömungsmessung und CFD-Simulation (Bild: Prof. Cousin)

Prof. Dr. Rene Cousin

Oliver Sturm

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