Fachgebiet Bauphysik

Themen für Abschlussarbeiten

Am Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung können Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten unter anderem in den Themenbereichen Bau- und Raumakustik, thermische Bauphysik, (energetische) Bilanzierung von Gebäuden und thermische Behaglichkeit durchgeführt werden.

Generell gibt es Themen, welche den Fokus stärker im experimentellen Bereich haben und Themen, welche hauptsächlich theoretische Betrachtungen umfassen. Meistens handelt es sich um eine sinnvolle Kombination beider Ansätze, aber die Anteile an experimentellen / theoretischen Arbeiten können oft individuell zugeschnitten werden.

Die unten aufgeführten Arbeiten sind Beispiele für Themen, welche angeboten werden können. Manchmal sind interessante Themen bereits vergeben, dann können inhaltlich verwandte Themen gefunden werden. Auch Themen, welche von Studierenden vorgeschlagen werden, können bei gegebener Ausstattung und Kapazitäten bearbeitet werden.

Wenn Sie an einem Thema interessiert sind, wenden Sie sich bitte an den als Kontakt aufgeführten Mitarbeiter.

Bachelorarbeit/ Masterarbeit

Betreuung:Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt:birke.schroeter(at)rptu.de

Im Rahmen des Forschungsprojekt EffKon soll ein neuartiges Wärmespeicher- und Energieerzeugungssystem erforscht und entwickelt werden. Ein Bestandteil des Systems sind „Energiepfähle“ in die Gebäudebeheizung und -kühlung auf klimaneutrale Weise sicherstellen sollen. Im Rahmen des Projektes wurde bereits ein Prototyp des Energiepfahls entwickelt und auf dem Dach von Gebäude 29 aufgestellt.

In dieser Arbeit soll der Prototyp hinsichtlich seiner Eignung zum Kühlen und Heizen eines Gebäudes untersucht werden. Dazu soll auch ein Vergleich mit bereits bestehenden technischen Lösungen geführt werden. Im Rahmen der Auswertung und der Überprüfung der Eignung soll auch ein Beispielgebäude als Abnehmer simuliert werden. Neben der Auswertung ist die notwendige Theorie und die Darstellung des Stands der Technik in der Arbeit zu erläutern.

Studienprojekt / Masterarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: svenja.carrigan(at)rptu.de

 

In diesem Studienprojekt sollen die bauphysikalischen Eigenschaften eines ersten Prototyps eines neuartigen vom Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik der RPTU entwickelten Bio-Sandsteins messtechnisch untersucht und ausgewertet werden.

Zunächst soll eine Literaturrecherche zu möglichen alternativen Grundstoffen des Bio-Sandsteins durchgeführt und deren lebenszyklische Bewertung erfolgen. Für die Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit des Prototypen wird ein Versuchsaufbau entwickelt und aufgebaut. Für weitere bauphysikalische Untersuchungen werden die bestehenden Messeinrichtungen verwendet.

Der Bio-Sandstein soll auf seine bauphysikalische Eignung bei der Verwendung im Baubereich bewertet werden.

Studienprojekt

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: mahnoor.khawaja(at)rptu.de

 

Wood is a renewable material, and its utilization can help reduce the environmental burden of buildings. Biogenic carbon refers to the carbon that is stored in organic matter, such as wood, and is part of the natural carbon cycle. When wood is used in construction, it can help to sequester carbon and reduce the carbon footprint of buildings. There is a lot of data available for their life cycle performance but accounting for biogenic carbon and the resulting global warming potential is highly subjective and varies from practitioner to practitioner.

First of all, a literature review will be conducted for an overview of different practices and to observe how different systems credit for biogenic carbon specially on the product scale.

In the next steps, data for different wood products will be collected via different national databases such as Ökobaudat or through third-party verified sources such as Environmental product declarations (EPD).

Finally, the data will be analysed and mapped to observe the trend of how biogenic carbon and the resulting global warming potential are accounted for.

The project will be written in English.

Bachelorarbeit/Studienarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: jonas.spiegel(at)rptu.de

 

Für Immobilienbesitzer, die an einer energetischen Sanierung ihres Hauses oder Wohnung interessiert sind, ist es nicht immer einfach, verlässliche Informationen hinsichtlich möglicher Maßnahmen zu bekommen. Das Internet ist übersättigt mit Ratgebern aus unterschiedlichsten Quellen mit stark variierender Qualität. Mit sogenannten “Sanierungsrechnern” bieten verschiedene Anbieter eine Informationsquelle mit der vermeintlich das individuelle Einsparpotential einer Sanierung bestimmt werden kann.

In dieser Studienarbeit soll zunächst recherchiert werden, welche Sanierungsrechner oder vergleichbare Tools existieren. Für eine Auswahl soll anschließend untersucht werden, wie seriös und zutreffend die Informationen sind, die durch diese Tools erlangt werden. Dafür soll einerseits untersucht werden, wie die Informationen und Empfehlungen bereitgestellt werden, andererseits sollen bestehende Datensätze des FB Bauphysik zu Wohngebäuden in die Tools eingegeben werden und die Ergebnisse mit den Datensätzen verglichen werden.

Masterarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: birke.schroeter(at)rptu.de

 

Eine neuartige Fassadenkonstruktion soll das Beheizen und Kühlen von Gebäudefassaden mit Niedertemperaturwärme ermöglichen. Im Rahmen einer Masterarbeit soll das Potential der Fassadenkonstruktion evaluiert werden.

Zunächst soll eine umfassende Recherche zum Stand der Technik und Wissenschaft zu hinterlüfteten Fassadenkonstruktionen erfolgen. Dabei wird ein Fokus auf den Wärmeschutz solcher Konstruktionen gelegt. Darüber hinaus soll auch die Theorie des Wärmetransports und des Wärmeübergangs erläutert werden.

Im nächsten Schritt soll das beschriebene Konzept mit Hilfe von Simulationen z. B. mit dem CFD-Programm ANSYS Fluent untersucht werden. Dabei soll die Temperaturverteilung innerhalb der Fassadenkonstruktion und die notwendige Temperatur zum Erreichen eines behagliches Raumklimas im Heizfall bzw. Kühlfall analysiert werden.

Zuletzt folgt die Auswertung der Ergebnisse. Von besonderer Bedeutung ist die Evaluierung potentieller Energieeinsparmöglichkeiten für den Heizfall und die Eignung des Systems zum Kühlen von Gebäuden bei warmen Außenlufttemperaturen. Es soll ein Vergleich mit bestehenden Heiz- und Kühlsystemen erfolgen.

Bachelorarbeit/Studienarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: zhenming.peng(at)rptu.de

 

Zunächst wird die Theorie des Wärmeübergangs und der Wärmebrücke recherchiert, um die grundlegenden Konzepte und Zusammenhänge zu verstehen. Anschließend wird der Hintergrund von Feuchtschutz untersucht, um die Bedeutung und Anwendung in der Bauphysik zu erfassen. Dabei müssen auch die normativen Anforderungen an den Wärme- und Feuchteschutz bzgl. des Wärmeübergangs recherchiert werden.

Der nächste Schritt beinhaltet die Analyse von Rohdaten (Wärmeübergangskoeffizient, Oberflächentemperatur) aus CFD-Simulationen (ANSYS) für unterschiedliche Bauteile. Dabei sollen die bereitgestellten Daten sorgfältig untersucht und ausgewertet werden. Im Anschluss daran erfolgt die Aufbereitung der Daten für die Wärmetransportsoftware Solido, einschließlich der Ermittlung der statistischen Größe, z.B. Median, maximaler Wert, minimaler Wert und Quantile.

Es sollen Bauteile in Solido auf unterschiedlichen Detailebenen simuliert werden, um die kritische Temperatur und Temperaturverteilung auf der Innenoberfläche zu ermitteln. Dabei werden verschiedene Ansätze verfolgt: (1) Verwendung der detaillierten Verteilung des totalen Wärmeübergangskoeffizienten und der Temperatur auf der Oberfläche aus den CFD-Simulationen, (2) Verwendung der statistischen Größe sowie (3) Verwendung der normativen Werte als Randbedingung.

Schließlich folgt die Auswertung der Ergebnisse, z. B. die kritische Temperatur und Temperaturverteilung. Des Weiteren sollen die in Solido erzielten Ergebnisse mit den Daten aus den CFD-Simulationen verglichen werden. Hierbei soll herausgearbeitet werden, welcher Ansatz in Solido die aussagekräftigsten Ergebnisse liefert und wie aufwendig sich die verschiedenen Ansätze in der Praxis anwenden lassen.

Masterarbeit/Große Studienarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: jonas.spiegel(at)rptu.de

 

Im Forschungsprojekt EffKon soll ein neuartiges Wärmespeicher- und Energieerzeugungssystem erforscht und entwickelt werden. Ein Bestandteil des Systems sind „Energiepfähle“ in denen sowohl Wärmeenergie gesammelt als auch gespeichert werden soll. Im Rahmen des Projektes wurde bereits ein Prototyp entwickelt und auf dem Dach von Gebäude 29 aufgestellt.

In dieser Arbeit soll der Solarthermiekollektor des Pfahls im Simulationsprogramm TRNSYS nachgebildet werden und die Simulationsergebnisse mit Hilfe von Messungen am Prototypen verifiziert werden.

Vorkenntnisse in TRNSYS sind nicht erforderlich.

Große Studienarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: zhenming.peng(at)rptu.de

 

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Simulationen mithilfe des CFD-Programms ANSYS Fluent durchgeführt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, das Strömungsverhalten im Innenraum im Kantenbereich zu untersuchen.

Die Grundlagen sind umfassend zu recherchieren und übersichtlich aufzubereiten. Es soll eine Übersicht für die Software sowie physikalische Grundlagen erstellt werden. Darüber hinaus sollen aktuelle Forschungsergebnisse und Normenlage zum Strömungsverhalten im Kantenbereich von geschlossenen Räumen recherchiert werden. Wichtig dabei ist herauszufinden, wie der Wärmeübergangskoeffizient und weitere Strömungsparameter in diesem Bereich beeinflusst werden.

Die im ersten Teil gesammelten Erkenntnisse werden dazu genutzt, verschiedene Simulationsvarianten in Fluent abzubilden. Die Geometrie von einer Raumkante soll erstellt und mit Finite-Volumen-Methode vernetzt werden. Dabei sollen geeignete Randbedingungen angenommen werden. Der Schwerpunkt liegt in der Untersuchung der Strömungsrichtung, der Strömungstemperatur und der thermischen Eigenschaften, z.B. U-Wert, der raumumschließenden Fläche. Das Strömungsverhalten und die Grenzschichten im Kantenbereich sollen im Detail analysiert und mögliche Zusammenhänge zwischen den physikalischen Größen untersucht werden. Darüber hinaus wird die Plausibilität der Simulation anhand relevanter Programmparameter sowie üblichen Parameterwerten aus der Literaturrecherche überprüft.

Masterarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: marco.hartner(at)rptu.de

 

Die vorliegende Arbeit soll sich mit der gesamten Bilanzierung von Hallengebäuden beschäftigen. Hierbei wird zunächst eine Beispielhalle untersucht und im thermischen Gebäudesimulationsprogramm TRNSYS modelliert. Für die jeweiligen Komponenten des Gesamtsystems, eine PV-Anlage zur Stromerzeugung, einen Elektrolyseur zur Umwandlung von überschüssigem Strom in Wasserstoff sowie eine Speichermöglichkeit für den Wasserstoff und ein Hybridsystem zur Wärmeabgabe sollen praxistaugliche Produkte verglichen und auf Ihre jeweilige Eignung überprüft werden. Des Weiteren ist das Zusammenspiel aus Energieerzeugung, Speicherung und Nutzung für unterschiedliche Kombinationen zu untersuchen und miteinander zu vergleichen.

Ziel ist es, aufzuzeigen, wie energieeffizient eine solche Kombination arbeitet. Oder ob gar ein energieautarker Betrieb möglich ist.

Darauf aufbauend ist für die Kombinationen eine Amortisationsberechnung zur Überprüfung der Wirtschaftlichkeit durchzuführen.

Studienprojekt

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: t.blum(at)rptu.de

 

Die Entwicklung effizienter Heiz- und Kühlsysteme stellt in den letzten Jahren einen großen Forschungsschwerpunkt dar. Vor allem Flächentemperiersysteme sind häufig Gegenstand dieser Untersuchungen. Ziel des Forschungsprojektes ist es, grundlegende Erkenntnisse des Einflusses von Wand- und Flächenheizsystemen sowie speziell von asymmetrischen Strahlungsverhältnissen auf die thermische Behaglichkeit zu erlangen. Dazu werden unterschiedliche experimentelle Untersuchungen in der Klimakammer des Fachgebiets durchgeführt, in denen die thermische Behaglichkeit im Rahmen verschiedener Behaglichkeitsmodelle sowohl mit als auch ohne Proband*innen analysiert wird. Ergänzt werden diese praktischen Untersuchungen durch Simulationen bspw. mit dem thermischen Gebäudesimulationsprogramm TRNSYS.

Im Rahmen von großen und kleinen Studienprojekten sowie von Abschlussarbeiten kann der/die Studierende je nach Schwerpunkt eine umfassende Literaturrecherche oder thermische Simulationen durchführen, Messkonzepte für die experimentellen Untersuchungen erstellen (mit oder ohne Proband*innen) sowie  an der Durchführung der experimentellen Untersuchungen mitarbeiten. Die Schwerpunkte der im Forschungsprojekt angesiedelten Studienarbeiten sind:

  • thermische Behaglichkeit
  • Energieeffizienz
  • Flächenheizung und -kühlung
  • (experimentelle) physikalische Raumanalyse
  • Thermische Gebäudesimulationen
  • Untersuchungsreihen mit Proband*innen

Masterarbeit / Große Studienarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: marco.hartner@rptu.de

 

Als Teil des Forschungsprojekts „Personen fokussiertes, nachführendes Infrarotheizsystem mit Auslegungssoftware zur energieeffizienten und behaglichen Beheizung von Industriehallen“ („InfraEff“) gilt es, im Rahmen dieser Arbeit einen Ansatz für die Personen fokussierte Nachführung durch eine selektive Schaltung von Infrarotstrahlern zu entwickeln.

Basierend auf den normativen Anforderungen sollen bei der Erstellung des Konzeptes der selektiven Schaltung folgende Aspekte berücksichtigt werden:

  • Untersuchung unterschiedlicher Anforderungskriterien an die operative Temperatur in Abhängigkeit der Raumlufttemperatur zur Aufrechterhaltung der Behaglichkeit je nach Nutzungsbereich, Aktivität und Bekleidungsgrad
  • Untersuchung unterschiedlicher zeitlicher Kriterien (Zeitpläne, Zeitverzögerung des Einschaltens, …) und deren Umsetzung unter der Berücksichtigung von Aufheiz- und Abkühlverhalten unterschiedlicher Strahlertypen (Dunkelstrahler / Hybridstrahler).
  • Untersuchung der Auswirkung der selektiven Schaltung auf den Energiebedarf der Halle.

Diese Untersuchungen werden zunächst für eine Beispielhalle durchgeführt. Im Anschluss soll eine Methode entwickelt werden, wie die Ergebnisse auf beliebige Hallengeometrien und -nutzungen erweitert werden können.

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