Energy Research Lab

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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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