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Modellierung der Interaktion von Gebäudenutzer*innen und Gebäudetechnik. Potenzialanalyse dezentraler Heiz- und Kühlsysteme hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit und des Energieverbrauchs auf Basis eines adaptiven Gebäudereglers

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[Quelle: http://d-nb.info]

Local thermal comfort plays a growing role in terms of occupant satisfaction and in the energy performance of a building. To improve thermal comfort of occupants, decentralized heating and cooling systems are getting more interest in the research community but also in the market. Some studies have also shown that they can reduce the heating and cooling demand of buildings. These systems can be for example, an office chair with heating and cooling function, a thermoelectric heating and cooling wall or even a table fan. Building simulation software is used to optimize the energy performance of buildings during the planning process, but just a few programs enable detailed comfort calculations. Programs which allow the usage of decentralized heating and cooling systems are totally missing. This dissertation presents a newly developed adaptive building controller for combined, central and decentralized systems inside the building simulation software ESP‐r. The building controller adapts the setpoint‐temperatures of the central heating and cooling system and regulates the usage of decentralized systems, based on the thermal sensation and comfort values of a virtual thermal manikin in the considered building zone. This work shall contribute to the application of detailed comfort values within building simulation, which is also necessary to consider decentralized heating and cooling systems like the thermoelectric movable partition or the office chair with heating and cooling function. The first step by the development of the adaptive controller, was the coupling of PhySCo, a "Physiology, Sensation and Comfort" model with the building simulation software Esp-r. The physiology model within PhySCo uses the values of room temperature, mean radiant temperature, air velocity, relative humidity, solar radiation as well as personal parameters such as clothing and activity level. The model calculates skin and core temperatures for 16 individual body parts under consideration of thermophysiological control mechanisms such as sweating, shivering, vasodilatation and vasoconstriction of the blood vessels. These values are used to calculate local and overall sensation and comfort values. Within the adaptive building controller, the local and overall sensation and comfort values are used to control the setpoint‐temperatures of the central heating and cooling system, as well as to regulate the decentralized heating and cooling systems. The adaptive building controller with a wide deadband, with setpoints of 18 to 26 °C was in simulation studies compared with a basic controller with a fixed and narrow setpoint range of 21 to 24 °C. The evaluation focused on the overall comfort values and on a possible reduction of the heating and cooling energy demand of the central system. The results showed, that the adaptive controller could keep the comfort values at the same level as the basic controller and reduced the heating demand at the same time noticeably. The cooling load could also be reduced compared to the basic controller, but the reduction was much smaller compared to the heating load.In the next step, the decentralized heating and cooling systems were added to the adaptive building controller. First the thermoelectric heating and cooling wall, followed by the office chair with heating and cooling function, then both systems were added to the adaptive controller and tested together. The results show clearly that by adding the decentralized heating and cooling systems, the comfort could get further improved and at the same time, the heating and cooling energy demand could get reduced. It was noticeable that during the summer simulation period, comfort was increased, though the increase was rather small. As an additional support, a fan was simulated, which increased the air velocity for the heat‐sensitive head. Thereby, the comfort could be further increased, thus the cooling of the central system was also reduced. In addition, an increase of the upper set point to 30 °C was possible without reducing the comfort level. The adaptive building controller enables a detailed comfort analysis within the building simulation software. It can also be used for the planning of decentralized heating and cooling systems and their effect on thermal comfort.

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Bücher, Broschüren

Richard Reiher
Bauleitung in der TGA
Das Gebäude
Mehr als 100 Checklisten und Arbeitshilfen für die Praxis
2., Aufl.
2022, 198 S., 240 mm, Softcover
VDE-Verlag

 

 

Bauleitung ist ein entscheidender Prozess bei der Bewältigung von Bauvorhaben. Er ist zwar technikdominiert, aber auch werkvertragliche Kenntnisse, Wissen über das Projektmanagement und eine gute Sozialkompetenz sind erforderlich. Im Studium oder in der Ausbildung kann nur ein Teil dieser Kenntnisse und Fertigkeiten vermittelt werden. Entscheidend auf der Baustelle ist letztlich ein besonnener Umgang mit den täglichen Herausforderungen und Widrigkeiten, sei es technischer, zeitlicher oder personeller Natur. Dieses Buch unterstützt den TGA-Fachbauleiter dabei, den Überblick zu behalten und gezielt etwaige Probleme im Bauablauf gar nicht erst entstehen zu lassen.

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Rolf Bader, Claus Ihle
Tabellenbuch Sanitär-Heizung-Klima/Lüftung
Anlagenmechanik SHK Ausbildung und Praxis: Tabellenbuch
11., Auflage 2021
2021, 595 S., 245.00 mm, Hardcover
Bildungsverlag EINS

 

 

Die Neuauflage berücksichtigt aktuelle Verordnungen und Normen und bietet didaktisch aufbereitete, vierfarbige Zeichnungen für einen qualitativ hochwertigen Unterricht. Sie veranschaulicht die Inhalte anhand von über 2.000 Abbildungen, die von namhaften Unternehmen aus Handwerk und Industrie zur Verfügung gestellt wurden und enthält ein zweisprachiges Sachwortverzeichnis zum Nachschlagen von über 1.900 Begriffen. Ebenso eignet das Buch sich auch als Nachschlagewerk im Berufsalltag.

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Atlas Gebäudetechnik
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3., Aufl.
2021, 475 S., 709 farbige Abbildungen und 177 Karten/Tabellen. 29.7 cm, Hardcover
Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH &Co. KG

 

 

Bis zu 50 Prozent der Baukosten entfallen auf die Gebäudetechnik. Damit wächst die Bedeutung haustechnischer Konzepte, die Gestaltung, Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz und gestiegene Komfortansprüche gleichermaßen berücksichtigen müssen. Die Neuauflage ist noch anschaulicher, verständlicher und praxisorientierter gestaltet. Der überarbeitete "Atlas Gebäudetechnik" enthält u. a. ein neues Grundlagenkapitel mit praktischen Erläuterungen zu Vorüberlegungen und baulichen Voraussetzungen. Konkrete Angaben und Beispiele unterstützen Architekten bereits in frühen Planungsphasen. Das Nachschlagewerk verschafft einen Überblick über die moderne Haustechnik. Auch die Nutzung erneuerbarer Energien wird praxisorientiert und anschaulich erklärt. Anhand von über 700 Zeichnungen, Diagrammen und Tabellen erläutern die Autoren die grundlegenden Funktionsprinzipien und informieren über Anforderungen, Konstruktionen, Kosten und Leistungsdaten. Praxisbeispiele und zahlreiche Fotos erklären die verschiedenen Systeme. Technische Anlagen sind in hohem Maße auch für die späteren Nutzungskosten verantwortlich. Hier bietet der Atlas Lösungen zur Bewertung verschiedener Technikvarianten.

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Arnd Bürschgens
Hygiene in Trinkwasser-Installationen
Betrieb und Instandhaltung Kommentar zur VDI 3810 Blatt 2/ VDI 6023 Blatt 3
2021, 256 S., 21 cm, Softcover
Beuth

 

 

Die Hygiene in Trinkwasserinstallationen unterliegt strengen Regeln und ist nicht umsonst mit dem Infektionsschutzgesetz verknüpft. Verantwortlichkeiten und Verpflichtungen sind eindeutig definiert, um Unklarheiten und Probleme zu vermeiden. Die VDI-Doppelrichtlinie 3810 Blatt 2 und 6024 Blatt 3 beinhaltet die Informationen zu den Betreiberpflichten, sowie die Anforderungen an den sicheren, bestimmungsgemäßen, bedarfsgerechten und wirtschaftlichen Betrieb von Trinkwasser-Installationen. Der Beuth Verlag gibt mit dem vorliegenden Kommentar eine Praxishilfe für die rechtssichere Arbeit mit der Doppelrichtlinie heraus. Der Kommentar beinhaltet: Wichtige Hinweise zu den VDI-Richtlinien VDI 3810 Blatt 2 und 6024 Blatt 3-Erläuterungen und Zusatzinformationen-Arbeitshilfen: Musterschreiben, Formulare-Hinweise zur Erstellung von Instandhaltungs- und Hygieneplänen.

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Gernot Weber
Strömungslehre in der Gebäudesystemtechnik
Heizung · Lüftung · Wasser · Kälte
2., Aufl.
2021, 250 S., 240 mm, Softcover
VDE-Verlag

 

 

Bei dem Werk handelt es sich um ein Lehrbuch der Strömungslehre für die technische Gebäudeausrüstung, deren Verständnis eine der Voraussetzungen für den Bau von Heizungs-, Lüftungs-, Wasser- und Kälteanlagen bildet. Der Autor beginnt mit einer Darstellung der Grundlagen der Strömungsvorgänge unter besonderer Beachtung der Druckverluste. Denn Auslegungsmethoden und Druckverlustberechnungen in den Anlagen werden in der Praxis noch nicht ausreichend beachtet, ausgehend davon, dass der Stromverbrauch für zum Beispiel Pumpenantriebe zwischen 8 und 9 Prozent des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland beträgt. Detailliert geht der Autor auf die Strömungsarbeitsmaschinen ein (Pumpen, Ventilatoren, Gebläse) und beschreibt in einem weiteren Kapitel die praktischen Aspekte bei der Berechnung der Strömungsvorgänge in der Gebäudesystemtechnik. In der erweiterten und völlig neu bearbeiteten Auflage kamen Kapitel zu den Themen "Kompressible Strömung" sowie "Instationäre Strömung in Rohrleitungen" hinzu. Darüber hinaus hat der Autor die "Kältetechnik" umfassender behandelt sowie die mehr als 85 Beispielberechnungen ausführlicher dargestellt. Rund 140 Zeichnungen und Diagramme veranschaulichen die Ausführungen.

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T. Schmid, C. Hepf, T. Wagner, S. Meile, I. Bratoev, G. Schubert
Dezentrale MSR
Konzeptentwicklung zur dezentralen Mess-, Steuer- und Regelungstechnik in Gebäuden im Kontext des Internet of Things
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3160
2019, 114 S., 62 Abb. u. 15 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) in Gebäuden funktioniert bisher zentral auf Basis von übergeordneten Parametern (Top-Down-Regelung) und ist oft unbefriedigend hinsichtlich Funktionalität und Interaktion mit dem Nutzer. Die Regelung erfolgt meist auch nutzerunspezifisch und basiert auf überwiegend starren Regeln. Diese sind oft kompliziert, unflexibel und nicht in der Lage, die Energieeinsparpotenziale auszuschöpfen. Das Ziel des Projektes besteht darin, auf konzeptioneller Ebene zu untersuchen, wie und inwieweit eine dezentrale Regelung technisch realisierbar ist und welches Verbesserungspotenzial sie mit sich bringen kann. Der Fokus liegt hierbei neben der Untersuchung der raumklimatischen Zusammenhänge in der Entwicklung einer prototypischen Applikation zur Steuerung ausgewählter relevanter klimatischer Einflussgrößen. Im Anschluss erfolgt die Integration der Applikation in einem vordefinierten Demonstratorraum, welcher sich auf dem Campus der Robert Bosch GmbH in Renningen befindet.

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M. Norbert Fisch, Thomas Wilken, Franziska Bockelmann, Daniel Houschka
Dezentrale, modulare Stromspeicher zur Eigenstromsteigerung in EffizienzhausPLUS Gebäuden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3162
2019, 127 S., 98 Abb. u. 30 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Im Forschungsprojekt untersuchte zweigeschossige Wohnhaus Berghalde wurde im Oktober 2010 im EffizienzhausPLUS-Standard fertiggestellt. Neben einem bilanziellen Jahresüberschuss wird die Steigerung des Eigenstromanteils durch ein Lastmanagement bzw. die Nutzung der thermischen Masse verfolgt. Im vorliegenden Forschungsprojekt liegt nun der Schwerpunkt auf der Einbindung und Nutzung von Stromspeichern, um den Eigenstromanteil von rund 30 Prozent (im Mittel der ersten Betriebsjahre) weiter zu steigern. Im Kontext der Speichereinbindung werden die Kosten analysiert und die verschiedenen Speichertypologien und deren Anwendung im Ein- und Mehrfamilienhaus mit dem Ziel bewertet, die Übertragbarbarkeit auf zukünftige Bauprojekte, auch Bestandsgebäude mit PV-Anlagen, besser beurteilen zu können. Ein weiterer Themenschwerpunkt im Forschungsprojekt ist die Betrachtung von Bestandsanlagen, deren Verträge zur Einspeisevergütung in den kommenden Jahren auslaufen werden. Der überwiegende Teil dieser Anlagen speist den regenerativ erzeugten Strom in das öffentliche Netz ein. Hier müssen Konzepte zur Eigennutzung des PV-Stroms entwickelt und aufgezeigt werden. Für die Integration von Stromspeichern als wesentlicher Baustein zur Eigenstromnutzung werden dabei große Potentiale gesehen.

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Tim Röder, Paul Mathis, Dirk Müller
EwWalt - Energetische Bewertung der dezentralen kontrollierten Wohnraumlüftung in alternierender Betriebsweise
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3147
2019, 111 S., 79 Abb. u. 24 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Dezentrale alternierende Wohnungslüftungsgeräte finden zunehmend Verbreitung im Markt. Zur Wärmerückgewinnung werden Wärmespeicher verwendet, die zeitlich variant durchströmt werden; zur Luftförderung kommen meist Axialventilatoren zum Einsatz, deren tatsächliche Volumenströme von äußeren Druckdifferenzen abhängen. Beides birgt Unsicherheiten hinsichtlich eines energetischen und lüftungstechnischen Vergleichs mit anderen Lüftungskonzepten. Zur Bewertung dezentraler alternierender Wohnungslüftungsgeräte werden durch die drei Forschungsstellen sowohl Untersuchungen zur lüftungstechnischen Funktion auf Basis von numerischer Strömungssimulation (RWTH Aachen) durchgeführt, als auch experimentelle Verfahren zur energetischen Bewertung (HLK Stuttgart) erarbeitet. Aus den Ergebnissen werden geeignete Kennwerte für die gesamtheitliche Bewertung in der Normung abgeleitet (ITG Dresden).

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Lutz Weber, Agostino Troll, Sven Öhler
Geräuschübertragung durch technische Installationen im Leichtbau
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3161
2019, 112 S., 80 Abb. u. 5 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die von haustechnischen Anlagen hervorgerufenen Geräusche werden häufig als besonders störend wahrgenommen und unterliegen deshalb strengen Schallschutzanforderungen. Während für den Massivbau umfangreiche Erfahrungen vorliegen, ist über Installationsgeräusche im Holz- und Leichtbau bislang nur wenig bekannt. Deshalb wurde die Geräuschentstehung und -übertragung in Verbindung mit leichten mehrschaligen Bauteilen näher untersucht. Mit dem Forschungsvorhaben konnte der Kenntnisstand zur Entstehung und Übertragung von Installationsgeräuschen im Holz- und Leichtbau beträchtlich erweitert werden. Die an unterschiedlichen gebäudetechnischen Installationen und Deckenkonstruktionen durchgeführten messtechnischen Untersuchungen tragen zum verbesserten Verständnis der akustischen Zusammenhänge und der Wechselwirkung zwischen der Körperschallquelle und der angeregten Struktur bei. Außerdem wurde erstmals die Möglichkeit geschaffen, Installationsgeräusche in Gebäuden in Holz- und Leichtbauweise unter praxisnahen Bedingungen rechnerisch vorherzubestimmen.

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Hans Erhorn, Michael Beckert, Antje Bergmann, Michael Eberl, Micha Illner, Johann Reiß, Wolfgang Sedlmair, Herbert Sinnesbichler, Georg Lange
Praxis-Vergleich verschiedener Speicherstrategien für Plusenergiehäuser in exemplarischen Wohnsiedlungen - Living Lab Plusenergiesiedlung Wuppertal
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3130
2019, 301 S., 79 Abb. u. 53 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei Effizienzhaus Plus Gebäuden waren bisher hausweise Batteriespeicher die Antwort auf die geänderten Bedingungen bei der Einspeisevergütung. Die Wirtschaftlichkeit dieser individuellen Konzepte steht jedoch im Siedlungsverbund auf dem Prüfstand. Es sind Lösungen für ein wirtschaftlich optimales Speicherkonzept für Quartiere zu finden, um den Eigenverbrauch von lokal erzeugten, erneuerbaren Energien in Effizienzhaus Plus Gebäuden zu maximieren und die Stromnetze zu entlasten. Die Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt sollen dazu beitragen, die Kosten für die Energiekonzepte von Effizienzhäusern Plus zu senken, die Stromkosten durch einen höheren Anteil eigen erzeugten Stroms zu reduzieren und dadurch die Praxisansätze wirtschaftlicher in den Markt zu bringen sowie die Stromnetze zu entlasten.

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Zeitschriftenartikel

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Hazenbiller, Alexander
Schutzziele und Besonderheiten im Bestand. Rauchschutzdruckanlagen in Hochhäusern
Der Facility Manager, 2022

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Lyssoudis, Alexander; Edelhäuser, Klaus-Jürgen
"Wenn es Förderungen geben soll, dann muss es sich auch so anfühlen". Experteninterview
Bauen plus, 2022

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Schmitz, Birgit
Kupferwerkstoffe als Schlüsselkomponenten für Nachhaltigkeit. Umweltfreundlich Bauen
Moderne Gebäudetechnik, 2022

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Eckstädt, Elisabeth; Bräunig, Jan; Wohlfahrt, Tommy; Engelmann, Martin
Komplexe TGA-Anlagen effizienter betreiben. Simulation / Digitaler Zwilling
TGA Fachplaner, 2022

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Coignard, Jonathan; Hodencq, Sacha; Kofi Twum-Duah, Nana; Rigo-Mariani, Rémy
Solar panels - is more always better? Assessing the carbon footprint of communities
TATuP Zeitschrift für Technikfolgenabschätzung in Theorie und Praxis, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022