CoolAIR - Prädiktiv geregelte passive Gebäudekühlung mittels natürlicher Nachtlüftung und tageslichtoptimierter Verschattung

Die Thematik der Überwärmung von Räumen betrifft mittlerweile nicht nur mehr heiße Sommertage sondern tritt auch schon in den Übergangszeiten auf, womit der Kühlbedarf auch in unseren Breitengraden stetig zunimmt. Passive Maßnahmen wie tageslichtoptimierte Verschattung und natürliche Nachtlüftung weisen vor allem in Ihrer Kombination ein äußerst hohes Potential zur energieeffizienten und kostengünstigen Kühlung von Gebäuden auf. Dennoch gibt es in der praktischen Umsetzung systembedingte Grenzen. Soll die Kühlung über reine Fensterlüftung realisiert werden, stellen sich bereits bei der Konzeptionierung erste Schwierigkeiten. Einflussgrößen wie thermisch induzierte Auftriebskräfte oder Querlüftung bleiben im Zuge von vereinfachten Berechnungsvorschriften in der Planung und Auslegung unberücksichtigt oder benötigen komplexe, individuelle Simulationen. Klassische zeit- oder temperaturgesteuerte Regelstrategien können zudem das Potential der passiven Maßnahmen nicht voll ausschöpfen. Gebäudeübergreifende Ansätze und/oder innovative Regelstrategien wie die Einbindung von Wetterprognosen verbessern zwar die Effizienz, setzten jedoch komplexe, zentral gesteuerte Gebäudeleittechnik mit Datenanbindung zu den einzelnen Sensoren und Aktoren voraus. Neben Problemen in der Skalierbarkeit und Konfiguration sowie dem hohen Engineering-Aufwand stößt dieser Ansatz insbesondere bei der nachträglichen Ausstattung und v.a. in historischen und denkmalgeschützten Gebäuden an die Grenzen der Umsetzbarkeit. Das Projekt CoolAIR verfolgt den Ansatz einer autonomen modellbasierten prädiktiven Regelung, den thermischen Innenraumkomfort durch abgestimmte natürliche Nachtlüftung in Kombination mit tageslichtoptimierter Verschattung ohne vorhergehende Simulation und ohne Engineering-Aufwand in der Installation nach dem Plug & Play Prinzip zu regeln. Die Lüftung wird dabei lediglich durch die Nutzung und teilweise Automatisierung bereits vorhandener Lüftungsöffnungen (Fenster, Brandrauchentlüftungen, Türschlitze, etc.) gewährleistet. Neuartig dabei ist, dass die Regelstrategien auf Raumebene heruntergebrochen werden und dass sich das Raummodell an spezifische Bedingungen wie lokal auftretende Wärmeinseleffekte, individuelle Raumgeometrien und unterschiedliche bauphysikalische Eigenschaften des Gebäudes automatisch und selbstlernend anpasst. Aufgrund der prädiktiven modellbasierten Regelung können die einzelnen Raumcontroller autonom mit minimaler Sensorik agieren und benötigen keine Vernetzung zu gebäudezentralen Komponenten. Zusätzlich zu diesem neuartigen Regelalgorithmus werden Methoden zur Potentialabschätzung der Fensterlüftung und Verschattung unter Berücksichtigung von vorhandenen Gebäudestrukturen entwickelt. Durch die selbstlernende kombinierte Steuerung von Verschattung und Nachtlüftung gekoppelt an den Einzelraumansatz ermöglicht CoolAIR eine extrem skalierbare, ressourcenschonende Lösung zur Senkung des Überwärmungsrisikos von Einzelräumen bis zu ganzen Gebäudeabschnitten bei gleichzeitiger Erhöhung des Nutzerkomforts.

Länderkürzel AT
Name der begünstigten Einrichtung Donau-Universität Krems
Projektleitung Department für Bauen und Umwelt; Zentrum für Bauklimatik und Gebäudetechnik
Verknüpfung projekte.ffg.at
Förderrahmen & Förderprogramm FFG Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft, ENERGIE DER ZUKUNFT, SdZ, SdZ Reservelistenprojekte 4 AS
Ikona

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