Typ: große Studienarbeit

Bearbeiter: Lena Biehl, B:Sc.

Betreuer: apl. Prof. Dr. Svenja Carrigan, Birke Schröter, M.Sc.

In dieser Arbeit wurde experimentell untersucht, wie das Behaglichkeitsmodell nach Fanger und das UCB-Modell das thermische Empfinden in einen Raum bewerten, der über Flächenheizungen temperiert wurde.

Die Untersuchungen wurden in der Klimakammer des Fachbereichs durchgeführt und beinhalten Messungen mittels eines Behaglichkeitsmessstandes sowie eines thermischen Manikins. Es wurden Messdaten für verschiedene Flächenheizsysteme, wie Decken-, Wand- und Fußbodenheizungen, erfasst. Zur quantitativen Bewertung des thermischen Empfindens wurden das PMV und der Index des Gesamtkörperempfindens nach dem UCB-Modell berechnet und miteinander verglichen. Hierzu wurde ein Excel-basiertes Berechnungstool entwickelt, das eine Empfindungsbewertung nach den Modellen auf Basis der gemessener Datensätze ermöglicht.

Die Auswertung zeigt, dass das UCB-Modell für die in der Klimakammer untersuchten thermischen Umgebungen ein wärmeres Empfinden voraussagt als das Fanger-Modell. Darüber hinaus kann beobachtet werden, dass bei den Experimenten die Beheizung der Decke und der Wand wärmere Empfindungen hervorruft als eine Beheizung des Fußbodens.

Typ: kleine Studienarbeit

Bearbeiter: Emma Schuck, B.Sc.

Betreuer: apl. Prof. Dr. Svenja Carrigan, Birke Schröter, M.Sc.

Im Zuge der Energiewende spielt der Gebäudesektor eine zentrale Rolle bei der Senkung des Endenergieverbrauchs und dem Erreichen der Klimaneutralität bis 2045. Das Forschungsprojekt “EffKon” hatte zum Ziel, ein effizientes Wärmespeicher- und Energieerzeugungssystem zu entwickeln. Der im Projekt entwickelte Energiepfahl- Prototyp kombiniert Wärmegewinnung und -speicherung in einem autarken System. Ein zentraler Bestandteil war die Integration von Phasenwechselmaterialien (PCM) zur Speicherung latenter Wärme, um tages- und jahreszeitliche Temperaturschwankungen auszugleichen. 

Ziel dieser Studienarbeit war die messtechnische Untersuchung des thermischen Verhaltens des PCM-Speichers im Energiepfahl-Prototyp. Im Fokus standen das Lade- und Entladeverhalten unter realen Umweltbedingungen sowie die Identifikation relevanter Einflussgrößen. Anhand von Literaturrecherchen sowie Temperaturmessungen an einem Prototyp an der RPTU Kaiserslautern-Landau wurde das Speicherverhalten analysiert und in den aktuellen Forschungskontext eingeordnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Globalstrahlung einen entscheidenden Einfluss auf den Beladevorgang hat. Über den Absorber des Energiepfahls wird solare Wärme aufgenommen und über das zirkulierende Wasser an den PCM-Speicher weitergeleitet. Im Messzeitraum wurde der Schmelzbereich des PCM erreicht, sodass über mehrere Stunden Wärme bei nahezu konstanter Temperatur gespeichert wurde. Die Entladung erfolgt einerseits durch gezielte Wärmeübertragung an einen Wärmeabnehmer. Andererseits entstehen Energieverluste an die Umgebung, insbesondere bei niedrigen Außenlufttemperaturen. Die insgesamt homogene Temperaturverteilung im Speicher belegt die Wirksamkeit des speziellen Aufbaus des PCM-Speichers. Insgesamt zeigt die Untersuchung, dass der PCM-Speicher im Energiepfahl ein vielversprechender Ansatz zur dezentralen thermischen Energiespeicherung ist. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine fundierte Grundlage für weiterführende Optimierungen im Hinblick auf Effizienz, Anpassungsfähigkeit und Praxistauglichkeit unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen.

Typ: kleine Studienarbeit

Bearbeiter: Maxmilian Klein

Betreuer: apl. Prof. Dr. Svenja Carrigan, Jonas Spiegel, M.Sc.

Am Standort Kaiserslautern der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserlautern-Landau wurde im Fachgebiet ‚Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung‘ im Rahmen eines Forschungsprojekts ein Energiepfahl mit integriertem Speichervolumen entwickelt. Der Energietransport vom Absorber über das Wärmeträgermedium in den integrierten Speicher erfolgt über eine automatisierte Pumpensteuerung. In diesem Zusammenhang ist unter anderem von Interesse, die Übertragungseffizienz zwischen dem Wärmeträgermedium und dem integrierten Speicher zu ermitteln. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Auswertungskonzept zur Ermittlung der Übertragungseffizienz zwischen dem Wärmeträgermedium und dem internen Speicher entwickelt. Dabei wird die Effizienz zwischen Wärmeträgermedium und internem Speicher für jedes Speichermedium (Phase Change Material und Wasser) getrennt ermittelt. Hierbei werden die vom Wärmeträgermedium tatsächlich an jedes Speichermaterial abgegebenen Wärmeenergiemengen auf die maximal möglich aufnehmbaren Wärmeenergiemengen jedes Speichermaterials bezogen. Bei beiden Speichermaterialien wurden Übertragungseffizienzen ermittelt. Nach einer Analyse der Ergebnisse beeinflussen unter anderem die Trägheit des Systems bzw. der Speichermaterialien, Sensorungenauigkeiten und Schichtungseffekte der Speichermaterialien die Ergebnisse. Hierbei sind die Sensorungenauigkeiten von entscheidender Bedeutung und können die Prüfergebnisse der Übertragungseffizienzen erheblich beeinflussen bzw. verfälschen. Zudem wurde festgestellt, dass die definierten Randbedingungen, nach welchen die automatisierte Pumpensteuerung theoretisch ein- und ausgeschaltet wird, nicht mit dem tatsächlichen Pumpenbetrieb übereinstimmen

Typ: kleine Studienarbeit

Bearbeiter: Jonas Alexander Bachert, B. Sc.

Betreuer: apl. Prof. Dr. Svenja Carrigan, Jonas Spiegel, M. Sc.

Beton ist der weltweit am häufigsten verwendete Kompositwerkstoff. Bei dessen Herstellung und in weiteren Branchen werden immense Mengen Sand benötigt, was zu einer zunehmenden Verknappung des mittlerweile zweitwichtigsten Rohstoffs der Menschheit führt. Daher wird zunehmend an Alternativen zu herkömmlichem Sand als Rohstoff geforscht.

Inhalt dieser Arbeit ist die geometrische Strukturanalyse eines mittels Bio-Zementierung hergestellten Bio-Sandsteins. Gebildet wird dieser aus losen Sandkörnern. Diese werden mit ureolytisch aktiven Bakterien, der Zugabe einer harnstoffhaltigen Lösung und der daraus resultierenden Bildung strukturgebender Kalziumkarbonatkristalle zu einem widerstandsfähigen Körper geformt. Entscheidender Vorteil des Systems ist die Nutzbarkeit rundgeschliffener Wüstensande.

Zur Ermittlung der Struktureigenschaften werden an der RPTU am Standort Kaiserslautern Computertomographie-Versuche durchgeführt. Tomographiert werden drei Natur-Sandstein- und drei Bio-Sandstein-Proben. Die Natur-Sandstein-Proben dienen im Zuge der Auswertung als Referenz-Struktur. Die Datenauswertung erfolgt mit Hilfe der Bildanalysesoftware ImageJ Fiji und der zugehörigen WEKA-Segmentation, die Ergebnis-Darstellung erfolgt in Python. Ergebnis der Auswertung ist eine vergleichende Gegenüberstellung geometrischer Parameter der Natur- und Bio-Sandstein-Proben.

Typ: Masterarbeit

Bearbeiter: Lena Biehl, B. Sc.

Betreuer: apl. Prof. Dr. Svenja Carrigan, Birke Schröter, M.Sc.

In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die thermische Behaglichkeit an einem Büroarbeitsplatz unter dem Einfluss einer Wand-, Decken- oder Fußbodentemperierung mit dem UCB-Modell und dem PMV/PPD-Modell bewertet wird. Die experimentellen Untersuchungen wurden in der Klimakammer der RPTU durchgeführt und beinhalteten Messungen mit einem thermischen Manikin und einem Behaglichkeitsmessstand. Ergänzt wurden sie durch numerische Simulationen der Versuchsszenarien mit dem Simulationsprogramm TAITherm. Betrachtet wurden jeweils drei Kühl- und drei Heizszenarien.

Die Ergebnisse zeigten, dass sich hinsichtlich der Ganzkörperbehaglichkeit nur geringe Unterschiede zwischen den untersuchten Flächentemperierungen ergaben. Zwar traten zwischen Experiment und Simulation deutliche Abweichungen in den lokalen Hauttemperaturen auf, insbesondere an den Extremitäten, die globalen Bewertungen stimmten jedoch weitgehend überein. Mögliche Ursachen für die Abweichungen der Hauttemperaturen zwischen experimenteller und simulativer Untersuchung wurden identifiziert. Die Untersuchungsergebnisse wiesen zudem darauf hin, dass die Wandkühlung unter den untersuchten Kühlszenarien das Potenzial besitzt, eine vergleichsweise effektive Kühlstrategie darzustellen.

Typ: Masterarbeit

Bearbeiter: Lara Jülg, M.Sc.

Betreuer: apl. Prof. Dr. Svenja Carrigan, Dipl.-Ing. Marco Hartner

Der andauernde Klimawandel führt zu einer Zunahme von Überhitzungen in Innenräumen. Um potenzielle Maßnahmen für den sommerlichen Wärmeschutz aufzuzeigen, werden in einer Parameterstudie verschiedene Einflussfaktoren auf das Raumklima mithilfe von thermischen Gebäudesimulationen untersucht. Aufgrund der Tatsache, dass die Simulationsergebnisse von den jeweiligen Wetterdaten in thermischen Gebäudesimulationen abhängen, werden zusätzlich die ortsgenauen Testreferenzjahre analysiert, welche individuelle Wetterdaten für jeden Quadratkilometer in Deutschland bereitstellen. Ferner wird in einer Best Case und Worst Case Untersuchung aufgezeigt, wie sich die Verwendung der ortsgenauen Testreferenzjahre auf die Nachweisführung des sommerlichen Wärmeschutzes auswirkt.