Eröffnungsveranstaltung zafh.net,

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1 Eröffnungsveranstaltung, Gebäudeklimatik und Gebäudeautomation- Bausteine einer nachhaltigen Energietechnik Prof. Dr. Roland Koenigsdorff, Prof. Dr. Martin Becker, Fachhochschule Biberach Studiengang Gebäutechnik/Gebäudeklimatik Fachbereich Architektur&Gebäudeklimatik Gebäudeklimatik als Systemdisziplin Systemtrends Fassade - Gebäudetechnik - Energietechnik Technikum Gebäudeklimatik der Fachhochschule Biberach Top Down Systembetrachtung Umsetzung Technikum G, FH Biberach Automatisierungs- und Kommunikationsinfrastruktur

2 Gebäudeklimatik: Systembetrachtung Gebäude, Raumklima und Energie

3 Gebäudehülle und Gebäudetechnik: Passiv-Bürogebäude Fa. Zwingert, Ummendorf Wärmepumpe mit Erdsonden Kühlbetrieb über Wärmepumpe möglich Nachrüstung gesteuerter Sonnenschutz Fa. Wagner & Co., Cölbe keine Heizkörper, zentrale Luftheizung BHKW und thermische Solaranlage automatische gesteuerte Nachtlüftung gesteuerter Sonnenschutz Kunstlichtregelung

4 Heizbedarf eines Raumes als Basis der Regelaufgaben Standard-Büroraum Temperatur: 20 C Außentemperatur: -10 C 60 % Fensterflächenanteil früher: U m = 1,6 W/(m²K) heute: U m = 0,8 W/(m²K) Solargewinne bei Grenzwert Aktivierung Sonnenschutz früher Saldo heute Saldo Heizen! Saldo Heizen oder kühlen? Leistungen in W/m² Grundfläche Interne Gewinne Solare Gewinne Lüftungsverluste Transmissionsverluste

5 Thermoaktive Bauteilsysteme und Geothermie Thermoaktive Bauteile (Rohrschlangen im Bauteil) Thermoaktive Bauteile (Rohrschlangen im Bauteil) umschaltbare Wärmepumpe umschaltbare Wärmepumpe Bodenabsorber oder Erdwärmesonde Bodenabsorber oder Erdwärmesonde

6 Thermoaktive Bauteilsysteme und Geothermie Volksbank Biberach Energon Ulm Drees & Sommer / DS-Plan Stuttgart Neubau Berufschulzentrum Biberach

7 Sonderausstattung des Technikums Gebäudeklimatik Bodenabsorber unter der Bodenplatte 2 Duplex Erdsonden (je 99 m tief) Luft-Erdwärmetauscher Wärmepumpe / Kältemaschine Experimentalfassaden Thermoaktive Bauteilsysteme in drei Hörsälen Tageslichtlabor mit Messkuppel Fotovoltaik & Solarthermie Labor für Gebäudesimulation Labor für Gebäudeautomation Exemplarische Installation von Gebäudesystemtechnik (EIB, LON) in Labor- und Hörsaalräumen...

8 Bodenabsorber unter der Bodenplatte

9 Herstellung der beiden 99 m tiefen Erdwärmesonden

10 Bau des Luft-Erdwärmetauschers

11 Gemessene Temperaturfelder im Erdreich Messwerte vom Mai 2000

12 Thermische Bauteilaktivierung: Systeme in der Bewehrung

13 Thermische Bauteilaktivierung: Wasser- und Luftsysteme

14 Thermische Bauteilaktivierung mit Kapillarmatten im Estrich

15 Versuchsanlage Energieverbund Technikum G Versorgung/ Quellen Umwandlung & Verteilung Nutzungsübergabe Senken tabs: Thermoaktives Bauteilsystem [Quelle: Koenigsdorff/Becker]

16 Gewerkeübergreifende Gebäudeautomation Lüftung /Klima Notstrom Aufzug + - Wärme Kälte Heizung Sanitär Sicherheit/ Zugangskontrolle Brandschutz Kommunikation Elektro Beleuchtung Sonnenschutz

17 Top Down- Systembetrachtung Informationsfluß Energiefluß Umgebung Automatisierungseinrichtungen (Messen, Stellen, Schalten, Steuern, Regeln, Überwachen, Optimieren, Visualisieren, Bedienen) Prozeß Verteilung Raumnutzung Energieversorgung Gebäude- und Raumklimatik Transport Speicher Umformung Strom, Wärme, Kälte

18 Mehrschichtige Automationsstruktur Techn./Kaufm. Energie(system-)management unter Berücksichtigung von Tarifen, Wetterdaten, Nutzungsprofile usw. Umgebung Senke Automatisierungseinrichtungen Verteilung Quelle Systemautomation Steuerung, Optimierung im Systemverbund für Strom, Wärme, Kälte MSR-Technik (Messen, Steuern, Regeln) Anlagenbezogen, Raumbezogen

19 Automationsstruktur Technikum G Ethernet TCP/IP, BACnet, OPC, XML RLT- Gerät Übergeordnete AS für Systemautomation AS AS AS PC WP/KM Quellen + Verteilung Virtuelles Gebäude OPC- Server EIB / LON Visu Leitstation Technikum OPC- Server EIB / LON IP- Router via Rechenzentrum IP- Router AS tabs LAN/WAN PC Wetterstation IP- Router Monitoring Raumautomation Labor für GA Raumautomation Seminarräume AS: Automationsstation

20 Beispiel: Fassade Gebäudetechnik - Raumautomation Fassade als: Schnittstelle zwischen innen und außen -> Sichtbare Systemgrenze Kompromiß aus Architektur, Funktion, Wirtschaftlichkeit und Ökologie erforderlich Bisherige Funktion: Erscheinungsbild Tragwerkstechnik Wetterschutz Lärmschutz Zunehmend gefordert: Sonnenschutz Blendschutz Tageslichtlenkung Natürliche Lüftung/Kühlung Dezentrale Lüftungsgeräte Einbindung in Sicherheitskonzept Einbindung in RWA-Konzept Integration von PV-Fassaden -> Passives Bauelement -> Aktives Bauelement

21 Funktionen der Raumautomation Zusammenspiel von Raumhülle (Fassade) und Raumnutzung Einhaltung eines behaglichen Klimas (Temperatur, Feuchte, Luftwechsel,...) Überwachung der Luftqualität Tageslichtnutzung in Abstimmung mit künstlicher Beleuchtung Strahlungsabhängiger Sonnenschutz (Blendung, Erwärmung) Erfüllung von Sicherheitsbedürfnissen (Zutritt, Gefahren) Belegungs- und nutzungsabhängige Optimierungspotenziale Einfaches und transparentes Bedien- und Visualisierungskonzept im Raum Bereitstellung von Informationen für Energiemanagement Bereitstellung von Informationen für Wartung und Service -> Gebäudeautomation als Basis für funktionserfüllende Raumklimatik -> Gebäudeautomation als Basis für effizientes Energiemanagement

22 Beispiel: Fassade Raumklimatik - Raumautomation Meßgrößen: Temperaturen Feuchte Konvektor Jalousie Konvektor t r.h. CO 2 Lux Fensterkontakt Raumautomation Luftqualität Lichtstärke Energiezähler Präsenzmelder mit Lichtsensor IR kwh Fenster-/Türkontakte Anwesenheitsmelder Test- und Referenz räume Raumsimulation Eingriffsmöglichkeiten: Jalousie Beleuchtung Fensterflügel Heizventil/Zonenventil

23 Schwerpunkte der Forschungsaktivitäten im Technikum G 3 Ebenen der Systembetrachtung Anlagen Komplexität Modell/ Simulation Energiesystem Regeln, Steuern Modell/ Simulation Beispiele: Energieverbund Natürliche Lüftung Raumautomation Gebäude Modell/ Simulation Beispiel: Seminargebäude Prozeß Prozeß Automation Visu., Monitoring Automation Visu., Monitoring Beispiele: RLT-Gerät Erdsonde- WP/KM Prozeß Visu., Monitoring

24 Gebäudeautomation in Lehre und Forschung Studierende Gebäudeautomation Reale und virtuelle Auszubildende Prozesse Reales Gebäude (Technikum G) Reale Labor- Anlagen Laborarbeitsplätze und Entwicklungsumgebung Virtuelles Gebäude (Simulationsmodell)