Tätigkeitsfelder
Beratung / Weiterbildung / Strömungssimulation (CFD) / Thermische Gebäudesimulation / Latentspeichersysteme (PCM) / Software / Literatur
Die Technische Gebäudeausrüstung (TGA) ist ein stark interdisziplinäres Feld. Alle klassischen ingenieurtechnischen Bereiche werden tangiert. Von der Thermodynamik über die Strömungs- und Wärmetechnik bis hin zum Anlagenbau. Dabei werden im Anlagenbau Kältemaschinen, Wärmerzeuger, Speichersysteme, hydraulische Systeme, Luftkanalsysteme und weitere Komponenten komplex verschaltet und dynamisch gefahren. Planung und Ausführung von TGA-Systemen werden daher zunehmend anspruchsvoller, auch weil Normen und Richtlinien aktualisierte Randbedingungen setzen und die disruptive Entwicklung in der Energietechnik zu neuen Systemen und Konzepten führt. Daher ist eine stete Weiterbildung in neuen Systemen, Regelwerken, Berechnungs- und Simulationstools von entscheidender Bedeutung.
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Softwareentwicklung
Die Berechnung von komplexen TGA-Systemen entzieht sich oft den bekannten Berechnungsansätzen. Auch lassen sich diese Systeme selten mit Simulationstools hinreichend genau abbilden. Daher ist es oft sinnvoll eigene Softwaretools zu entwickeln, mit denen sich z.B. thermische Leistungen, Energien und Betriebsparameter exakt bestimmen lassen.
Expert knowledge usually surpasses AI knowledge in analyzing complex processes in technical building equipment. This is not necessarily because it is better, but because it is instantly available without a training phase. Therefore, those who want to quickly obtain valid results turn expert knowledge into software.
Expertenwissen schlägt in der Regel KI Wissen, bei der Analyse komplexer Prozesse in der TGA. Nicht weil es zwingend besser ist, sondern weil es ohne Trainingsphase instantan verfügbar ist. Wer schnell zu validen Ergebnissen kommen will, setzt daher Expertenwissen in Software um.
Softwareentwicklung / Software development
From the literature, many mathematical methods are known that can sufficiently accurately determine the known physical descriptions of real fluid flow and heat transfer processes. To apply these methods, extensive mathematical and software-specific knowledge is typically required to discretize the problem, solve it, and present the results. Expert knowledge, which is usually derived from known solution approaches and transformed into empirical approaches through validated laboratory measurements, can be comparatively easily represented by software algorithms. This allows for realistic calculation results to be achieved in a much shorter time.
Aus der Literatur sind viele mathematische Verfahren bekannt, die die bekannten physikalischen Beschreibungen realer Strömungs- und Wärmetransportvorgänge hinreichend genau bestimmen können. Um diese Verfahren anzuwenden, sind in der Regel umfangreiche mathematische und softwarespezifische Kenntnisse erforderlich, um das Problem zu diskretisieren, zu lösen und um die Ergebnisse darzustellen. Expertenwissen, das in der Regel aus bekannten Lösungsansätzen abgeleitet wurde und durch validierte Labormessungen in empirische Ansätze überführt wurde, lässt sich vergleichsweise einfach durch Softwarealgorithmen abbilden. Dadurch können in viel kürzer Zeit realistische Berechnungsergebnisse erreicht werden.
Under the following link, you can download a time-limited demo version:
Unter folgendem Link können Sie eine zeitlich begrenzte Demo-Softwareversion downloaden:www.boiting.de/boiting/download/Hybrid-Latent-Heatstorage-Setup.msi
Sie benötigen Admin-Rechte und müssen in Abhängigkeit Ihrer Windowsversion und Installation, gegebenenfalls einige Windows-Libraries nachinstallieren. Das geschieht automatisch, nach dem Sie das installierte Programm gestartet haben. Weitere Hinweise zum Installationsprozess entnehmen Sie bitte folgendem Video:
You need admin rights and, depending on your version of Windows and installation, you may need to install some additional Windows libraries. This will happen automatically after you have started the installed program. For more information on the installation process, please refer to the following video:
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Beratung
Entwicklung projektspezifischer Lösungen ist oft komplex und geschieht in der Regel unter Zeitdruck. Erfahrung, aber auch die Möglichkeit Versuche und Simulationen durchzuführen, sind wichtige Voraussetzung für eine erfolgreiche Lösungsfindung.
Umfangreiche Expertise in den Bereichen der technischen Gebäudeausrüstung sind Voraussetzung, für die Entwicklung neuer effizienter Verfahren für die Beheizung und Klimatisierung bestehender und geplanter Gebäude.
Beratungsleistung
Egal ob im Bestand, oder im Neubau, stets stehen Effizienzsteigerungen und Energiebedarfssenkungen, bei gleichzeitiger Einhaltung von geforderten Raumklimaparametern im Fokus. Unterstützt werden kann dabei in den Bereichen:
- Klimatechnik / Wärmepumpen
- thermische Energiespeichersysteme (PCM-S)
- Heiz- und Kühlsysteme
- empirische und nummerische Verfahren in der thermischen Leistungs- und Energiebedarfsermittlung
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Thermische Energiespeichersysteme
Thermische Energiespeicher sind nicht nur eine wirtschaftliche und nachhaltige Alternative zu Stromspeichern in Form von elektrischen Batterien, sie können auch netzdienlich die den Gebäuden vorgeschalteten Energienetze entlasten und zu einer Vergleichmäßigung des Energiebedarfs von TGA-Systemen und Gebäuden beitragen.
Die Energie- und Wärmewende die wir umsetzen müssen, um die für Deutschland gesetzten CO2-Ziele zu erreichen, kann nur gelingen, wenn wir im großen Umfang energetische Speicher einsetzen.
Thermische Energiespeicher
Volatile Energien auf der Basis von Photovoltaik und Windkraft liegt zwar in der Regel in Form elektrischer Energie vor, unsere Gebäude benötigen aber mit über 30% des Gesamtenergiebedarfs von Deutschland primär thermische Energie. Das betrifft auch viele verfahrenstechnische Prozesse in der Industrie. Daher liegt es nahe, die volatil anfallende elektrische Energie unmittelbar mittels Wärmepumpen oder Kältemaschinen in benötige Wärme oder Käte zu wandeln, um diese dann thermisch zu speichern. Um das erfolgreich und effizient umsetzen zu können, müssen die Speicherdichten deutlich erhöht werden, damit die Speichergrößen in einem in der Gebäudetechnik üblichen Maß bleiben. Um das erfolgreich umsetzen zu können wird PCM (englisch, Phase Change Material, Abk. PCM) in thermischen Speichern verwendet. Dazu bedarf es umfangreicher unterstützender Maßnahmen:
- Festlegung von PCM-Standards
- Entwicklung von dynamischen Auslegungsprogrammen (Latent-Heat-Storage Simulation Software, Entwickler: Prof. Boiting)
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Weiterbildung
Digitalisierung und disruptive Entwicklungen in der Energieversorgung führen zu einem Umdenken in der TGA. Das schlägt sich in den Regelwerken nieder. DIN-Normen und VDI-Richtlinien thematisieren diese Entwicklungen und begleiten sie. Wer hier nicht auf dem aktuellen Stand ist, plant weder effizient noch nachhaltig und oft an empfohlenen und vorgeschriebenen Randbedingungen vorbei.
Die stetige Weiterbildung ist eine Grundvoraussetzung für ein sicheres Handeln und Planen im Bereich der technischen Gebäudeausrüstung. Die Digitalisierung einerseits und die disruptive Entwicklung bei den Energiewandlungssystemen andererseits, fordern eine ständige Weiterbildung in allen Bereichen der TGA.
Weiterbildung
Weiterbildung kann sowohl durch klassische Angebote der Regelsetzer in Deutschland wie z.B. dem DIN, oder dem VDI erfolgen, wie auch passgenau auf den Bedarf eines Unternehmens, oder eine planerisch tätige Fachabteilung abgestimmt:
- VDI 2078 (Kühllastberechnung)
- VDI 2081 (Anlagen- und Raumakustik)
- VDI 3804 (Raumlufttechnik Bürogebäude / VDI-Lüftungsregeln)
- DIN EN 16798 (Energetische Bewertung von Gebäuden)
- DIN EN 12599 (Lüftung von Gebäuden – Prüf- und Messverfahren für die Übergabe raumlufttechnischer Anlagen)
- energetische Inspektion
- Ausbildung zum VDI TGA-Fachingenieur*in oder Fachexperte*in
- weitere spezifische Weiterbildungsangebote im Bereich der energetischen Optimierung von Bestandsgebäuden
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CFD Strömungssimulation
Raumluftströmungen werden primär durch die komplexen thermischen Randbedingungen bestimmt. Daher ist neben einer guten Kenntnis der Software, eine langjärhige praktische Erfahrung in der Untersuchung von Raumluftströmungen zwingende Voraussetzung für eine erfolgreiche Simulation.
Heute verfügbare Rechen- und Speicherkapazitäten ermöglichen die numerische Berechnung von komplexen Raumluftströmungen mittels CFD (englisch, Computational Fluid Dynamics).
CFD
Stationäre, instationäre und anisotherme Raumluftströmungen müssen bestimmt werden können, um Aussagen über den Energiebedarf und Komfort eines Lüftungssystems zu machen, oder über zu erwartende Schadstoffverteilungen. Egal ob die Verteilung von Coronaviren in der Raumluft bestimmt werden muss, oder die Schadstoffkonzentration von z.B. C02, moderne CFD-Programme können alle relevanten Fragestellungen bearbeiten:
- Raumlufttemperaturen
- Druckverteilungen
- Strömungsgeschwindigkeiten
- Energiebedarf zur Erreichung vorgegebener thermischer Raumparameter
- Schadstoffverteilungen
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Thermische Gebäude- und Anlagensimulation
Der Energieverbrauch eines Gebäudes, oder eines TGA-Systems, ergibt sich aus dem dynamischen Lastverlauf über eine definierte Periode. Um energetisch optimal zu planen, oder im Bestand Fehlfunktionen und unnötige Verbräuche bestimmen zu können, eignen sich daher besonders thermisch energetische Simulationen zur Voruntersuchung (Planung), oder Analyse (Fehlersuche).
Die Kenntnis über den Energie- und Leistungsbedarfs der einzelnen TGA-Systeme eines Bestandsgebäudes, oder eines neu zu errichtenden Gebäudes, ist von entscheidender Bedeutung, wenn Optimierungspotentiale gesucht werden.
Thermisch und energetische Gebäude- und Anlagensimulation
Oft stehen nur kumulierte Gesamtabrechnungen, oder Auflistungen von Energieverbräuchen eines Gebäudes zur Verfügung. Daraus lassen sich keine Optimierungspotentiale bestimmen. Wird dagegen ein reales oder geplantes Gebäude als digitaler Zwilling in einem modernen Simulationsprogramm abgebildet, lassen sich schnell und präzise die spezifischen Energieverbräuche des Gebäudes und auch die unterschiedlichen Energiebedarfe der einzelnen TGA-Systeme bestimmen. Das erlaubt die Bestimmung der größten Verbraucher, aber auch deren mögliches Optimierungspotential:
- Bestimmung der Heizlast und des Jahreswärmebedarfs
- Bestimmung der Kühllast und des Jahreskältebedarfs
- Einfluss äußere Beschattung
- sommerlicher Wärmeschutz
- Bestimmung der Energieeinsparungen durch Gebäude- und Raumautomation
- Einfluss unterschiedlicher Raumklimatisierungssysteme auf:
- Raumkomfort
- Energiebedarf
- Strombedarf für die Beleuchtung
- Einfluss der Energiewandlungsmaschinen auf den Energiebedarfs eines Gebäudes (Wärmepumpe)
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Literatur
Das Fachwissen der TGA umspannt einen sehr großen, teils sehr interdisziplinären Bereich der Ingenieurwissenschaften. Von der Wärmelehre über die Strömungs- und Kältetechnik bis hin zur Akustik werden Grundlagenkenntnisse benötigt um Klima- und Kälteanlage sowie Luftkanalsysteme, Regel- und Automationssysteme planen und berechnen zu können. Ein umfangreiches Regelwerk des DIN und des VDI legen dazu zusätzliche Randbedingungen fest. Das Handbuch der Klimatechnik dient dabei zur Grundlagenvermittlung, Ausbildung und Orientierung sowie als Referenzwerk in diesem Bereich.
Die stete Zunahme an Fachwissen und der Wunsch nach validierten Fakten, lassen sich nur durch stets aktualisierte Fachliteratur verbinden, die durch Experten auf dem jeweiligen Fachgebiet zusammengetragen, geprüft und überarbeitet werden
Fachliteratur
Das Fachwissen der TGA umspannt einen sehr großen, teils sehr interdisziplinären Bereich der Ingenieurwissenschaften. Von der Wärmelehre über die Strömungs- und Kältetechnik bis hin zur Akustik werden Grundlagenkenntnisse benötigt um Klima- und Kälteanlage sowie Luftkanalsysteme, Regel- und Automationssysteme planen und berechnen zu können. Ein umfangreiches Regelwerk des DIN und des VDI legen dazu zusätzliche Randbedingungen fest. Das Handbuch der Klimatechnik dient dabei zur Grundlagenvermittlung, Ausbildung und Orientierung sowie als Referenzwerk in diesem Bereich. Die aktuelle 7. Auflage dieses Referenzwerkes umfasst dabei folgende relevante Bereiche:
Grundlagen / Band 1:
- Meteorologie
- Physiologie
- Wärmeübertragung
- Feuchte Luft
- Kältetechnik
- Strömungstechnik
- Strömungsakustik
- Luftreinigung
- Regelungstechnik
Anwendungen / Band 2:
- Kühllast
- Freie Lüftung
- RLT / Klimaanlagen
- Raumluftströmungen
- Kanalnetz
- Wärmerückgewinnung
- Kälteversorgung
- Akustik
- Brandschutz
- Betriebsführung und Instandhaltung
- Wirtschaftlichkeit