Energy Efficient Construction
  • Auswirkungen nachträglich eingebauter Sonnenschutzverglasung auf die thermische Behaglichkeit der Nutzer

    Effects of retrofitted sun protection glazing on the thermal comfort of the users

    05.04.2022

    Bachelorarbeit

    Die derzeit beim neuen Bauingenieurgebäude der TU Darmstadt genutzten Verschattungsmöglichkeiten genügen bei intensiver Sonneneinstrahlung nicht den Anforderungen der Nutzer. Eine neue Außenverschattung ist aufgrund der Fassadengestaltung des Gebäudes und zu erwartender Kosten derzeit nicht darstellbar. Insofern will die Bauverwaltung der TU Darmstadt punktuell eine neue Sonnenschutzverglasung mit fest angeordneten Lamellen im Scheibenzwischenraum testen, um eine mögliche Steigerung des Wohlbefindens der Nutzer zu identifizieren. Da das menschliche Wohlbefinden stark durch die Temperatur beeinflusst wird, sollen mit Hilfe von Temperaturloggern, einer Behaglichkeitssonde und einer Globe-Sonde Vergleichsmessungen in Räumen mit und ohne die neuen Sonnenschutzvarianten durchgeführt werden.

    Ziel dieser Bachelorthesis ist es, auf der Basis durchgeführter Temperatur- und Behaglichkeitsmessungen Rückschlüsse zu ziehen, ob und ggf. in welchem Umfang die neue Sonnenschutzverglasung eine Verbesserung des Wohlbefindens der Nutzer herbeiführt. Hierzu sind drei Testräume über einen bestimmten Zeitraum messtechnisch zu untersuchen. Ergänzend sind mit den Nutzern der Vergleichsräume Interviews zu führen und auszuwerten, um die aus den Zeitreihen abgeleiteten Ergebnisse zu stützen. Die allgemeine Vorgehensweise bei den angewandten Messungen ist schriftlich, in Form eines Leitfadens, sowie digital, anhand eines Lehrvideos, zu dokumentieren.

    Neben der schriftlichen Ausarbeitung der Arbeit (gedruckt in zweifacher Ausfertigung sowie zusätzlich in digitaler Form auf einem geeigneten Medium) sind im Rahmen eines 20-minütigen Vortrags die wesentlichen Inhalte der Arbeit zu präsentieren.

    Betreuer/innen: Vanessa Schneiker , M.Sc., Yang Xue , M.Sc.

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  • Digitale Ökobilanzierung von Fassaden im Industriesektor mit Hilfe von One Click LCA

    Digital life cycle analysis of facades in the industrial sector using One Click LCA

    05.04.2022

    Bachelorarbeit, Masterarbeit

    Der Gebäudesektor ist für über 35 % der globalen energiebezogenen Treibhausgasemissionen verantwortlich und bietet somit einen enormen Hebel zum umweltbewussten Umgang mit Ressourcen. Der hohe Ressourcenverbrauch während der Bauphase eines Gebäudes insbesondere der Gebäudehülle muss künftig auf das nötigste reduziert werden und erfordert somit neue Ansätze im Zuge der frühen Entwurfsphasen. Hierbei soll ein der Fokus beim ressourcensparenden und treibhausarmen Bauen liegen.

    Die Ökobilanzierung (auch als Lebenszyklusanalyse bekannt) stellt dabei eine Bewertungsmethode der Umweltwirkungen von Bauprodukten und Bauprozessen dar, die sich auf den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks bezieht (von der Herstellung über die Nutzung bis zum Rückbau). Bereits werden der frühen Planungsphasen können die Auswirkungen von Entwurfsvarianten (Diversität in Geometrie und Materialauswahl) untersucht werden. Dabei werden die hierfür notwendigen Informationen zu Materialien und Energieströme aus Umweltproduktdeklarationen (EPD) oder Datenbanken, wie z. B. der „Ökobaudat“ entnommen. Digitale Lebenszyklusanalysen können hierbei der Schlüssel für den künftigen Bau von ressourcensparenden Gebäuden sein. Mit dem Grasshopper-Plug-in One Click LCA bietet Rhino die Möglichkeit, solche Lebenszyklusanalysen mit dem CAD-Entwurf zu koppeln und zugleich Parametervariationen durchzuführen.

    Ziel dieser Thesis ist die digitale Ökobilanzierung von drei unterschiedlichen Industrie-Fassadentypen mit Hilfe des Grasshopper Plug-ins One Click LCA. Dabei soll identifiziert und in Grasshopper visualisiert werden, welche Fassade die ressourcenschonendere ist.

    Neben der schriftlichen Ausarbeitung der Arbeit (gedruckt in zweifacher Ausfertigung sowie zusätzlich in digitaler Form auf einem geeigneten Medium) sind im Rahmen eines 20-minütigen Vortrags die wesentlichen Inhalte der Arbeit zu präsentieren.

    Betreuer/in: Carina da Silva, M.Sc.

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  • Masterarbeit

    Im Zuge der Energiewende soll der Gebäudebestand, welcher aktuell noch für 30% der CO2-Emissionen in Deutschland verantwortlich ist, bis 2050 nahezu klimaneutral werden (UBA, 2020). Die steigenden Anforderungen an den Klimaschutz und an die Ressourceneffizienz setzen somit die verschiedenen Akteure der Stadtverwaltung und die Energieversorger unter Druck, nachhaltige Lösungen zu identifizieren und zu etablieren. Das bisherige Ziel in der Konzeptionierung von Energiesystemen zeichnet sich hierbei vor allem durch die Steigerung der Energieeffizienz und den vermehrten Einsatz von erneuerbaren Energiequellen in einer aufeinander abgestimmten Kombination aus. Lokale Randbedingungen, wie das Vorhandensein energetischer Ressourcen und die Nutzungsstruktur, setzen jedoch individuelle Anforderungen an das Gesamtsystem, was letztlich oft zur Notwendigkeit maßgeschneiderter Energiesysteme führt (Mauthner et. al, 2018).

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  • Masterarbeit

    Das Fortschreiten des Klimawandels erfordert schnelles Handeln bei der Umsetzung einer nachhaltigen Energiewende. Hierbei ist eine Einbindung der deutschen Kommunen unumgänglich, da ein großer Teil der Bevölkerung in städtischen Ballungsräumen angesiedelt ist. Es gibt eine umfängliche Forschung darüber, wie Unternehmen Nachhaltigkeit durch eine Anpassung der Unternehmensstrategie integrieren (Hengst et al., 2020). Zudem gibt es Untersuchungen wie unterschiedliche Länder mit der Umsetzung der Energiewende umgehen (Costantini et al., 2017; Kern et al., 2019; Lindberg et al., 2019). Allerdings fehlt es an übergreifender Forschung, wie einzelne Städte nachhaltige Maßnahmen aus Ihrer Strategie ableiten und diese letztlich umsetzen (Schraven et al., 2021).

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  • Analyse und Vergleich verschiedener Varianten zur emissionsarmen Deckung des Trinkwarmwasserbedarfs im Quartier

    Analysis and comparison of different variants for the low-emission coverage of the drinking hot water demand in districts

    29.03.2022

    Bachelorarbeit, Masterarbeit

    Ein großer Anteil des Wärmebedarfs in Neubauten ist auf die Trinkwarmwassererzeugung zurückzuführen. Dabei stellen verschiedene Rahmenbedingungen besondere Herausforderungen bei der Integration erneuerbarer Energien zur Quartiersversorgung dar.

    Allgemein gilt: Je niedriger das zu erreichende Temperaturniveau, desto besser lässt sich die Wärmeversorgung mittels regenerativer Energien umsetzen. Für Flächenheizungen reicht in der Regel eine Vorlauftemperatur von 35°C aus. Aus Hygienegründen muss das Trinkwarmwasser entweder auf 60°C erhitzt werden, oder es müssen geringe Stillstandszeiten in den Leitungen eingehalten werden.

    Bei der Erhitzung des gesamten zur Wärmeversorgung notwendigen Wasservolumens werden Exergieverluste in Kauf genommen. Eine Aufteilung in zwei getrennte Systeme ist jedoch kostenintensiv und ggf. nachteilig für die Speicherverluste.

    Zur Warmwasserbereitung bietet sich der Einsatz von Solarthermie an. Diese steht jedoch in Flächenkonkurrenz zur Photovoltaik, mit der elektrische Energie aus dem Stromnetz ersetzt werden kann, die aktuell noch einen hohen CO2-Faktor aufweist. PVT-Kollektoren erzeugen sowohl elektrische Energie als auch Wärme, allerdings auf niedrigerem Temperaturniveau als herkömmliche Solarthermiekollektoren. Mit der elektrischen Energie aus den PV-Zellen können wiederum Wärmepumpen betrieben werden, die das Temperaturniveau der jeweiligen Wärmequelle anheben um das erforderliche Temperaturniveau für das Trinkwarmwasser zu erreichen. Die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe sinkt jedoch mit steigender Senkentemperatur.

    Betreuer/in: Xenia Kirschstein , M.Sc.

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  • Analyse und Optimierung eines geplanten Energiesystems im Ludwigshöhviertel

    Analysis and optimization of a planned energy system in the Ludwigshöhviertel

    29.03.2022

    Bachelorarbeit, Masterarbeit

    Auf dem ehemaligen Gelände der Cambrai-Fritsch-Kaserne und Jefferson-Siedlung im Süden Darmstadts entsteht das Ludwigshöhviertel in Form eines neuen Stadtquartiers für rund 3000 Einwohner:innen. Die Entwicklung eines solchen Quartiers mit zahlreichen Neubauten, aber auch denkmalgeschützten Altbauten, bietet großes Potenzial für die Erprobung innovativer und zukunftsfähiger (Wärme-)Versorgungskonzepte, die insbesondere in der Nutzungsphase möglichst geringe Treibhausgasemissionen aufweisen sollen. Die Bereitstellung von Wärme und Strom soll dabei durch Erdwärmesonden, Wärmepumpen, BHKWs, Photovoltaik und PVT-Anlagen erfolgen.

    Im Rahmen des Reallabors DELTA (Darmstädter Energie-Labor für Technologien in der Anwendung) wird aktuell das Gebäude- und Energiesystemmodell eines Quartierausschnitts im Simulationsprogramm Trnsys erstellt. Anhand dieses Modells sollen verschiedene energetische Analysen durchgeführt werden.

    Betreuer/in: Xenia Kirschstein , M.Sc.

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  • Abbildung und Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen in bestehenden Industriegebäuden auf Basis der Modelica-Bibliothek „buildings“

    Mapping and evaluation of energy efficiency measures in existing industrial buildings based on the Modelica „buildings“ library

    17.12.2021

    Bachelorarbeit, Masterarbeit

    Die energetische Sanierung des Gebäudebestands ist ein wichtiger Schritt zur Erreichung der europäischen Klimaziele. Die Sanierung von Produktionsgebäuden wird dabei oft vermieden, um teuren Produktionsstops vorzubeugen. Im Forschungsprojekt „ETA im Bestand“ werden Nachrüstlösungen für bestehende Industriegebäude entwickelt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Vernetzung von Gebäude, technischer Gebäudeausrüstung und Produktion. Zur Abbildung der Produktionsumgebung sowie zur Analyse von Energieeffizienzmaßnahmen wird die Modelliersprache Modelica verwendet. Als Entscheidungsbasis zur Auswahl von Maßnahmen entsteht eine Modellbibliothek, auf die Wissenschaftler:innen wie auch Energieberater:innen Zugriff haben sollen. Somit können Hemmnisse für die Umsetzung von Maßnahmen abgebaut werden.

    Betreuer/in: Xenia Kirschstein , M.Sc.

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  • Konzeptionierung und Auslegung von Lüftungsanlagen mit hoher Wärmerückgewinnung

    Conceptual design and layout of ventilation systems with high heat recovery

    04.11.2021

    Bachelorarbeit, Masterarbeit

    Die Konzeptionierung von Lüftungssystemen im mehrgeschossigen Wohnungsbau birgt ein großes Potenzial zur Energieeinsparung und zur Erhöhung des Wohnkomforts. Vor allem schlechtes Lüftungsverhalten führt zu einem deutlichen Anstieg der Wärmeverluste. Dennoch ist das Lüften der Räume sehr wichtig, da es der Schimmelbildung vorbeugt, die Frischluft das Wohlbefinden der Bewohner steigert, aber auch etwa die Konzentration von gesundheitsschädlichen Aerosolen oder Partikeln senkt. Wie lässt sich also ein hoher Nutzungskomfort mit einer guten Belüftung der Gebäude, bei gleichzeitig geringem Wärmeverlust gewährleisten?

    Im Rahmen des Neubaus des Darmstädter Ludwighöhviertels (ludwigshoehviertel.de) soll genau diese Problematik untersucht werden.

    Betreuer/innen: Anja Schaffarczyk , M.Sc., Joscha Reber , M.Sc.

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  • Entwicklung eines Tools zur Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen in bestehenden Industriegebäuden

    Development of a tool for the evaluation of energy efficiency measures in existing industrial buildings

    28.10.2021

    Bachelorarbeit, Masterarbeit

    Die energetische Sanierung des Gebäudebestands ist ein wichtiger Schritt zur Erreichung der europäischen Klimaziele. Die Sanierung von Produktionsgebäuden wird dabei oft vermieden, um teuren Produktionsstops vorzubeugen. Im Forschungsprojekt „ETA im Bestand“ werden Nachrüstlösungen für bestehende Industriegebäude entwickelt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Vernetzung von Gebäude, technischer Gebäudeausrüstung und Produktion. Ein Teilziel ist die Entwicklung eines Tools, das einen einfachen Vergleich verschiedener gebäudebezogener Energieeffizienzmaßnahmen in bestehenden Industriegebäuden ermöglicht. Damit sollen Hemmnisse zur Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen abgebaut werden.

    Betreuer/innen: Xenia Kirschstein , M.Sc., Anja Schaffarczyk , M.Sc.

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  • Hot-Box-Versuchsstand – Analyse des Messfehlers sowie Ableitung von Optimierungspotentialen zum Versuchsaufbau

    Hot-box test system – analysis of the measurement error as well as derivation of optimisation potentials for the test setup

    22.03.2021

    Masterarbeit

    Zur experimentellen Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) von Bauteilen und Bauteilaufbauten gilt das Hot-Box-Verfahren gemäß EN ISO 8990 und DIN EN 1946-4 als Stan-dardverfahren. Hierbei wird das zu testende Bauteil zwischen zwei Klimakammern positioniert, welche auf unterschiedlichen, aber konstanten Temperaturen gehalten werden, sodass sich über das Bauteil ein Temperaturgradient einstellt. Auf Grund dieses Temperaturgradienten entsteht ein Wärmestrom durch das Bauteil, welcher mittels Wärmestrommessgeräten messtechnisch erfasst werden kann. Die Analyse und Evaluation dieses Wärmestromes erlauben im nächsten Schritt eine Bewertung des U-Wertes des untersuchten Bauteils.

    Betreuer/innen: Dr. Nadja Bishara , Carina da Silva, M.Sc.

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