Energy Research Lab

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Energy

Research Lab


Das Institut Energie am Bau

Das Institut Energie am Bau der Fachhochschule Nordwestschweiz hat sich in über

25 Jahren als eines der führenden Schweizer Institute in der angewandten Energieforschung

etabliert. Der Fokus der angewandten Forschung liegt dabei insbesondere

auf den dynamischen Vorgängen bei der Nutzung erneuerbarer Energien

sowie der Umsetzung von Energieeffizienzmassnahmen.

Um diese dynamischen Vorgänge – zum Beispiel die Wechselwirkung der Gebäudehülle

mit seiner Umgebung oder des Gebäudes mit seiner Nutzung – abbilden

zu können, arbeitet das Institut Energie am Bau mit rechnerbasierten

Simulationen. Damit es dabei nicht bei reinen Computersimulationen bleibt, hat das

Institut 2013 ein schweizweit einzigartiges Praxislabor realisiert. Das neue Energy

Research Lab ist ein kompaktes Bauwerk, in dem dynamische Vorgänge nicht nur

rechnerisch simuliert, sondern auch gleich real nachgestellt und geprüft werden

können.

Die Erkenntnisse aus den Simulationen am Energy Research Lab fliessen direkt

in die Aus- und Weiterbildung der Fachhochschule Nordwestschweiz ein. Gleichzeitig

sucht das Energy Research Lab den Austausch mit der Industrie.

Kunden, die wissen möchten, wie ihr Produkt auf bestimmte Witterungs- oder

Nutzungsänderungen reagiert oder Produktideen auf ihre Tauglichkeit überprüfen

möchten, sind am Energy Research Lab herzlich willkommen!


Das neue Energy Research Lab

Als Labor steht das neue Energy Research Lab an der Schnittstelle von Theorie und

Praxis. Hier können Forscherinnen und Forscher ihre Thesen und Erkenntnisse unter

realen Bedingungen 1:1 nachstellen und überprüfen.

Aus einer Zusammenarbeit des Instituts Energie am Bau, Architekturstudierenden

der Fachhochschule Nordwestschweiz sowie externen Bauexpertinnen und Bauexperten

hervorgegangen, vereint das Energy Research Lab eine hochwertige architektonische

Gestaltung mit den neuesten Erkenntnissen aus der Fassadenplanung

sowie der Mess-, Steuer- und Regeltechnik.

Dem Labor lassen sich drei Bereiche zuordnen:

– Im Simulationslabor können dynamische Tests unter vordefinierten

und jederzeit wiederholbaren Rahmenbedingungen durchgeführt werden.

Schwerpunkt bildet hier die Optimierung von Anlagenkomponenten,

wie beispielsweise Wärmepumpen, die in Gebäudeheizungen integriert sind

– Das Fassadenlabor erlaubt die thermische und lichttechnische Beurteilung

transparenter Fassaden unter realen Witterungsbedingungen

– Das Lichtlabor ermöglicht Untersuchungen zur Nutzung des

Sonnenlichts in Relation zur thermischen Erwärmung des Innenraums

und zum Einsatz von Kunstlicht


Simulationslabor

Gebäudekonstruktion, Ausrichtung, Nutzungsart, Witterung, Energiequelle – sie alle

beeinflussen die Energieflüsse und damit auch Art und Ausmass der technischen

Einrichtungen, die für ein behagliches Raumklima erforderlich sind.

Im Simulationslabor lassen sich die einzelnen Komponenten definieren, in ihrem

Zusammenspiel untersuchen und schliesslich hinsichtlich Energieverbrauch, Kosten

und Lebensdauer optimieren.

So können unterschiedliche Wetterlagen in kurzen Abständen nachgestellt und

damit die dynamischen Eigenschaften einer technischen Anlage, aber auch des

Gebäudesystems als Ganzes beurteilt werden. Zudem kann die Verfügbarkeit solarer

Energie über das Jahr hinweg abgebildet werden, woraus sich – immer vor

dem Hintergrund der Energieeffizienz – die Anforderungen an den Speicher und

die technischen Anlagen ableiten lassen.


Simulationslabor

Messtechnisch stehen im Simulationslabor folgende Komponenten

zur Verfügung:

1 Rechner für die Simulation der Gesamtanlage, die Steuerung

des Prüfstands sowie die Messdatenerfassung

2 Wärmepumpe mit Heizungsregler

3 Auf dem Dach sechs frei dreh- und schwenkbare Träger zur Montage

von Sonnenkollektoren und Fotovoltaikpaneelen

4 Energiespeicher

5 Regelbare Wärme- und Kältequellen sowie Wärmeabgabesysteme

6 Energieaufbereitungsanlage zum Nachladen der regelbaren

Wärme- und Kältequellen und Rückkühler


Im Simulationslabor können folgende Messungen durchgeführt werden:

– Wärmepumpenprüfung nach EN 14511

– Wärmepumpen-Wassererwärmer-Prüfung nach EN 16147

– Prüfung von thermischen Sonnenkollektoren nach EN 12975-2

– Dynamische Prüfungen (z.B. Concise Cycle Test)

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Forschungsprojekt SmartStability

Mit dem vermehrten Einsatz erneuerbarer Energie stellt sich die Frage nach der

Netzstabilität neu. Soll diese weiterhin gewährleistet sein, müssen nicht nur Fragen

technischer, sondern auch wirtschaftlicher und politischer Art geklärt werden.

Das interdisziplinäre Forschungsprojekt der Fachhochschule Nordwestschweiz

mit den beiden Hochschulen für Technik und für Wirtschaft sowie dem Institut

Energie am Bau geht der Frage nach, wie ein zukünftiges «intelligentes, stabiles

Netz» aufgebaut sein muss.

Im Energy Research Lab lassen sich dazu unterschiedliche technische Komponenten

kombinieren und überprüfen, ohne dass das Gebäude dabei bereits nicht

beeinflussbaren Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird.

Erst wenn sich die eingesetzte Technologie im Energy Research Lab bewährt

hat, wird sie im Feldversuch erprobt. Dies erleichtert nicht nur die Interpretation

der Daten, sondern auch die Kommunikation mit Partnern aus Politik und Wirtschaft.


Licht- und Fassadenlabor

Eine optimale Tageslichtversorgung von Innenräumen ist eine der wichtigsten

Voraussetzungen für den energieeffizienten Umgang mit Kunstlicht. Gleichzeitig

gilt es, insbesondere im Zusammenhang mit Bildschirmarbeitsplätzen, Blendungen

möglichst zu vermeiden.

Die Tageslichtverhältnisse in einem Raum basieren auf einer komplexen Kombination

von Bausubstanz und haustechnischer Einrichtungen. Geometrie und

Lage der Fensteröffnungen in der Primärstruktur eines Gebäudes beeinflussen

den Tageslichteintrag ebenso wie der Sonnen- und der Blendschutz sowie die

Steuerung und Regelung dieser Einrichtungen. Zudem wird das im Raum verfügbare

Tageslicht sehr häufig durch Kunstlicht ergänzt.

Das Licht- und Fassadenlabor erlaubt es, solche scheinbar widersprüchlichen

Anforderungen optimal auszubalancieren. Zu diesem Zweck lassen sich verschiedene

Kombinationen von Lichteinfall, Kunstlicht sowie Beschaffenheit der Oberflächen

im Innenraum nachstellen und ausmessen.


Ein wandelbares Laboratorium

Die Tageslichtverhältnisse in einem Raum sind sehr stark von der Orientierung der transparenten

Bauteile abhängig. Im Energy Research Lab lassen sich sowohl die Ausrichtung (oben) als auch die

künstliche Beleuchtung in einem breiten Farbenspektrum wählen (unten).


Licht- und Fassadenlabor

Das Labor ist mit verschiedenen variablen Komponenten ausgestattet:

1 Der Messraum ist drehbar gelagert

2 Eine der Fassadenfronten ist austauschbar

3 Die Fassadenelemente sind mit steuerbaren Sonnenschutzsystemen

ausgestattet

4 Die Beschaffenheit sowie die Farbe der Wände im Innenraum

können variiert werden

5 Die Kunstlichtquelle ist eine LED-Beleuchtung, deren Farbe, Farbtemperatur

und Intensität sich regulieren lässt (Perception Adaptive Lightsource PAL)

6 Eine Komfort-Messstation zur Erfassung der Strahlungstemperatur,

der Lufttemperatur, -Feuchtigkeit und -Strömung

7 Eine hochauflösende spektrale Leuchtdichtemesskamera

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Die Messung erfolgt über im Innenraum verteilte Licht- und Temperatursensoren,

eine hochauflösende spektrale Leuchtdichtemesskamera (LMK, 5 Color), die Leistungsmessung

der Beleuchtung sowie eine Wetterstation im Aussenraum.

Direkt erfassbar sind damit: Lichtfarbe, Beleuchtungsstärke, Blendung, aber auch

Luft- und Strahlungstemperatur, Zugerscheinungen und Kaltluftabfall an den Glasscheiben.

Daraus abgeleitet, lassen sich auch die thermische Behaglichkeit sowie

das Zugluftrisiko nach EN ISO 7730 darstellen.

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7

1


Ihre Ansprechpartner

Am Energy Research Lab arbeitet ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlerinnen

und Wissenschaftlern sowie Technikerinnen und Technikern. Im Zentrum

stehen Kompetenzen zur Bauphysik, Informatik, Gebäudetechnik und Gebäudeautomation.

Institut Energie am Bau

Prof. Dr. Jürg Bichsel

E-Mail: juerg.bichsel@fhnw.ch

Telefon: +41 61 467 44 94

Simulationslabor

Prof. Dr. Thomas Afjei

E-Mail: thomas.afjei@fhnw.ch

Telefon: +41 61 467 43 49

Licht- und Fassadenlabor

Prof. Dr. Achim Geissler

E-Mail: achim.geissler@fhnw.ch

Telefon: +41 61 467 44 51

Herausgeber: Institut Energie am Bau

Projektleitung: Jürg Bichsel

Redaktion: Othmar Humm

Konzept und Gestaltung: Büro für Kommunikationsdesign FHNW

Fotografie: Claire Morin, Matthias Indermaur

Druck: Steudler Press AG

Auflage: 2 000

Erste Ausgabe, März 2014


Die Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW

setzt sich aus folgenden Hochschulen zusammen:

– Hochschule für Angewandte Psychologie FHNW

– Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW

– Hochschule für Gestaltung und Kunst FHNW

– Hochschule für Life Sciences FHNW

– Musikhochschulen FHNW

– Pädagogische Hochschule FHNW

– Hochschule für Soziale Arbeit FHNW

– Hochschule für Technik FHNW

– Hochschule für Wirtschaft FHNW

Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW

Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik

Institut Energie am Bau

St. Jakobs-Strasse 84

4132 Muttenz

T +41 61 467 45 45

F +41 61 467 45 43

iebau.habg@fhnw.ch

www.fhnw.ch/habg/iebau

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