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.

Energiebedarf von Gebäuden / Thermische Behaglichkeit

Masterarbeit / Große Studienarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik/ Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: marco.hartner(at)bauing.uni-kl.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.

Masterarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: Tim.Schoendube(at)bauing.uni-kl.de

 

Der Klimawandel wird auch in Deutschland immer spürbarer. So war das Jahr 2019 das bisher zweitwärmste Jahr in Deutschland seit 1881. Im Vergleich zu 1881 ist die mittlere sommerliche Temperatur laut dem Deutschen Wetterdienst um 1,5 K gestiegen. Außergewöhnlich war 2019 auch, dass die 40 °C-Schwelle an mehreren aufeinanderfolgenden Tagen in Deutschland überschritten wurde.

Anforderungen an den sommerlichen Mindestwärmeschutz für Häuser werden durch das Gebäudeenergiegesetz (GEG) geregelt, welches auf die DIN 4108-2 verweist. Diese Norm wurde letztmalig im Jahr 2013 aktualisiert und hält zwei Nachweisverfahren für Aufenthaltsräume von Gebäuden bereit. Beide Verfahren basieren allerdings nur auf mittlere Testreferenzjahre für den Zeitraum 1988 – 2007. Auswirkungen des Klimawandels werden also derzeit normativ nicht berücksichtigt.

Deshalb sollen im Rahmen dieser anvisierten Abschlussarbeit die Auswirkungen des Klimawandels auf den sommerlichen Wärmeschutz von Gebäuden herausgearbeitet werden unter Verwendung der thermischen Simulationssoftware TRNSYS oder IDA ICE. Auf Basis von möglichst repräsentativen Simulationsergebnissen sollen Vorschläge erarbeitet werden, wie das derzeitige vereinfachte Nachweisverfahren entspr. DIN 4108-2 unter Berücksichtigung des Klimawandels weiterentwickelt werden könnte. Außerdem sind weitere Optimierungspotenziale an den derzeitigen Nachweisverfahren herauszuarbeiten.

Bachelorarbeit / Studienprojekt

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: Tim.Schoendube(at)bauing.uni-kl.de

 

Vor dem Hintergrund des Klimawandels gewinnt national als auch international das Treibhausgaspotenzial von Produkten mehr und mehr an Bedeutung. So strebt beispielsweise Deutschland bis zum Jahr 2045 eine weitgehende Treibhausgasneutralität an. Mit einem Anteil von X % der deutschen Treibhausgasemissionen im Jahr Y hat der Gebäudesektor einen wesentlichen Einfluss auf das Erreichen von nationalen Klimaschutzziele.

Ziel dieser ausgeschriebenen wissenschaftlichen Arbeit soll es sein, das lebenszyklusbezogene Treibhausgaspotenzial von Wohngebäuden in Abhängigkeit von der Bauweise und den eingesetzten Baustoffen zu untersuchen.

Als Berechnungsgrundlage dient der in der Zeitschrift "Bauphysik" veröffentlichte Artikel „Weiterentwicklung der Energieeinsparverordnung – Ansätze zur Berücksichtigung der Herstellungs-, Nutzungs- und Instandhaltungsphase von Gebäuden“.

Auf Basis dieses Rechenverfahrens ist zunächst das Treibhausgaspotenzial während des Lebenszyklus von zwei Beispiel-Wohngebäuden zu bestimmen unter Einhaltung des Referenzgebäudestandards nach Gebäudeenergiegesetz (GEG).

Im Anschluss daran sind Varianten herauszuarbeiten, wie die Beispielgebäude durch eine optimierte Wärmedämmung und veränderliche Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung die Effizienzhaus-Standards 55, 40 und 40 Plus erreichen können.

Aufbauend auf diese Untersuchung unter Ansatz der real geplanten Bauteilaufbauten sind die Bauweisen und die eingesetzten Baustoffe der beiden Beispielhäuser zu variieren. Es ist auszuwerten, wie sich dadurch das lebenszyklusbezogene Treibhausgaspotenzial der Gebäude verändert.

Im Rahmen der Arbeit sind die Bauweisen "Ziegel", "Porenbeton", "Kalksandstein" und "Holz-Hybridbauweise" zu untersuchen.

Außerdem ist rechnerisch zu bewerten, wie sich Ergebnisse verändern, wenn der Wärmedämmstoff von Außenwänden, Dächern und Decken verändert wird. Es ist mindestens den Einsatz von expandiertem Polystyrol (EPS) bzw. Mineralwolle anzusetzen.

Studienprojekt/Bachelorarbeit

Betreuung: Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: Tim.Schoendube(at)bauing.uni-kl.de

 

Entsprechend der Europäischen Gebäuderichtlinie waren die Mitgliedstaaten der Europäischen Union dazu verpflichtet auf Basis von Kostenoptimalitätsberechnungen einen nationalen Niedrigstenergiegebäudestandard festzulegen. Als Antwort auf diese EU-Forderung hat der Bund mit dem Gebäudeenergiegesetz (kurz GEG) den deutschen Niedrigstenergiegebäudestandard für zu errichtende Gebäude definiert und zum 01. November 2020 gesetzlich eingeführt. Gemäß § 9 des GEG bedarf es im Jahr 2023 u.a. einer Überprüfung der Wirtschaftlichkeit der GEG-Anforderungen.

Zur Vorbereitung dieser Kostenoptimalitätsprüfung des deutschen Niedrigstenergiegebäudestandards sind im Rahmen eines Studienprojektes oder einer Bachelorarbeit Kostendaten für die Bewertung der Kostenoptimalität von energetischen Gebäudeanforderungen in Deutschland zusammenzustellen.

Dabei sind zum einen Kostenansätze für Maßnahmen zur Begrenzung der Wärmeverluste über die Gebäudehülle zusammenzutragen. Zum anderen sind Kosteninformationen für Baupraxis relevante Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung zu recherchieren und zu erarbeiten.

Die Kostenansätze sind so zusammenzustellen, dass sie für eine mögliche Weiterführung der Wirtschaftlichkeitsberechnungen des Zukunft-Bau-Forschungsprojektes "Niedrigstenergiegebäude – Entwicklung eines Standards und einer Berechnungsmethode für die Gebäudeenergieeffizienz" (bearbeitet vom Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung der TUK) geeignet sind.

 

Studienprojekt

Betreuung:

Fachgebiet Bauphysik/ Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: jonas.krohn(at)bauing.uni-kl.de

 

Im Rahmen des KMU-innovativ Forschungsprojekts „Flexibles Wärmespeicher und Verteilungssystem zur autarken Beheizung und Kühlung von Gebäuden – FlexSpeicher“ ist zur Untersuchung der Eignung von PCM Materialien zur geplanten Verwendung im Gebäudegesamtsystem vorgesehen, vorab ausgewählte Materialien messtechnisch zu untersuchen. Hierzu wurde im fachgebietseigenen Labor ein Versuchsaufbau konzipiert, an dem bereits verschiedene Messungen durchgeführt wurden.

Im Rahmen des Studienprojekts soll der/die Studierende eigenständig ein passendes Messkonzept zur Überprüfung und Bewertung solcher Materialien entwickeln sowie das bestehende Konzept analysieren. Darüber hinaus sind bereits erzeugt Messdaten zu verschiedenen PCM zu untersuchen und auszuwerten, um anschließend die Eignung zur geplanten Verwendung der Speicher bewerten zu können. Vorab ist sich zur Funktionsweise und Verwendung von PCM zu informieren sowie eine Produktrecherche durchzuführen, um sich mit den Eigenschaften und Besonderheiten der Materialien vertraut zu machen. Der Fokus liegt auch dabei auf der Verwendung der Materialien zur Gebäudetemperierung.

Studienarbeit

Betreuung:

Fachgebiet Bauphysik/ Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: tobias.blum(at)bauing.uni-kl.de

 

Neben den energetischen Bilanzierungen und den damit verbundenen finanziellen und ökologischen Aspekten spielt im Gebäude vor allem das Wohlbefinden der darin anwesenden Personen eine wichtige Rolle. Dabei muss neben ausreichender Kühlung im Sommer und ausreichender Heizung im Winter die thermische Behaglichkeit der Nutzer sichergestellt werden. Hierfür ist die Klimatisierung des Gebäudes / des Raums entscheidend.

Als Teil eines Forschungsprojekts zur Entwicklung eines thermoelektrischen Heiz- und Kühlsystems gilt es, im Rahmen der Studienarbeit dieses neue System bezüglich dessen Behaglichkeit zu untersuchen.

Studienarbeit

Betreuung:

Fachgebiet Bauphysik/ Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: tobias.blum(at)bauing.uni-kl.de

 

Zur Erreichung der ehrgeizigen Klimaschutzziele der EU und mit Blick auf die Herausforderung der Treibhausgasneutralität werden neuartige Systeme zur Heizung und Kühlung von Gebäuden benötigt.  Ferner sind Veränderungen des Außenklimas aufgrund des Klimawandels zu berücksichtigen. Sogenannte Peltier-Elemente sind kleine, elektrothermische Wärmepumpen, die je nach Stromfluss sowohl zur Kühlung als auch zur Heizung eines Raums eingesetzt werden können. Die Leistungsfähigkeit dieser Peltier-Elemente hängt jedoch stark von gewissen konstruktiven Randbedingungen ab.

Als Teil eines Forschungsprojekts zur Entwicklung eines thermoelektrischen Heiz- und Kühlsystems gilt es, im Rahmen der Studienarbeit den Einfluss der thermischen Randbedingungen auf die Funktionalität der Peltier-Elemente experimentell zu untersuchen.

Akustik

Masterarbeit / Studienarbeit / Bachelorarbeit

Betreuung:

Fachgebiet Bauphysik/ Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: michael.flieger(at)bauing.uni-kl.de, m.hofmann@bauing.uni-kl.de

Auch in modernen Werkhallen herrscht häufig ein hoher Geräuschpegel. Insbesondere der Einsatz von Maschinen führt meist zu Dauerschallpegeln, die weit über den in Deutschland zulässigen Höchstwerten liegen. Vielerorts ist daher das Tragen eines Gehörschutzes aus gesundheitlichen Gründen unerlässlich. Im Rahmen eines Forschungsprojektes ist geplant die Lärmbelastung in Werkhallen zu senken und dadurch das Arbeitsumfeld zu verbessern, sodass gesundheitliche Langzeitschäden vermieden werden können.

Ziel der Arbeit ist es mit der Simulationssoftware CadnaR eine Werkhalle nachzubilden und unterschiedliche Arbeitssituationen zu simulieren. Unter anderem soll eine umfassende Parameteranalyse zur Positionierung von Maschinen durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang soll insbesondere untersucht werden, wie sich der Betrieb einer Maschine auf die anderen Arbeitsplätze in der Werkhalle auswirkt.

Studienarbeit / Bachelorarbeit

Betreuung:

Fachgebiet Bauphysik/ Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: michael.flieger(at)bauing.uni-kl.de

In Deutschland werden zunehmend mehr Wohnhäuser energetisch saniert. Für die Beheizung und Aufbereitung von Warmwasser kommen insbesondere bei Niedrigenergiehäusern oftmals Luft-Wärmepumpen zum Einsatz. Diese Luft-Wärmepumpen stehen meist außerhalb des Gebäudes und erhöhen den Grundgeräuschpegel in der näheren Umgebung teilweise stark.

Ziel der Arbeit ist es Verbesserungen für die Aufstellung von Luft-Wärmepumpen zu entwickeln. Hierfür sollen mit der Software SoundPLAN verschiedene Simulationen zur Schallausbreitung von Luft-Wärmepumpen in einem Wohnviertel durchgeführt werden. Durch diese detaillierte Schallkartierungen sollen insbesondere die Frequenzen ermittelt werden, welche als besonders störend empfunden werden. Auch soll untersucht werden, welche baulichen Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.

Masterarbeit / Studienarbeit / Bachelorarbeit

Betreuung:

Fachgebiet Bauphysik/ Energetische Gebäudeoptimierung

Kontakt: michael.flieger(at)bauing.uni-kl.de

Sowohl in der Bau- als auch in der Raumakustik werden Materialien mit einem hohen Schallabsorptionsgrad benötigt. Das Schallabsorptionsverhalten eines Materials kann durch Untersuchungen von Proben (circa 5cm Durchmesser) im Labor bestimmt werden. Eine mögliche Untersuchungsmethode stellt das sogenannte Kundt´sche Rohr dar, in dem Proben von circa 7 cm Durchmesser untersucht werden können. Für eine größere Studienarbeit oder Masterarbeit sind zusätzliche experimentelle Messungen an größeren Proben im Hallraum des Fachgebietes vorgesehen.

Im Zuge der Arbeit soll das Schallabsorptionsverhalten verschiedener Materialproben im Kundt´schen Rohr untersucht werden. Anschließend sind die erzielten Ergebnisse zu bewerten und miteinander zu vergleichen.

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