Die entwickelte Regelungsstrategie wird im Fassadenprüfstand an verschiedenen Tagen und unter unterschiedlichen Außenbedingungen untersucht. Für die meisten Messdaten liegt die Außentemperatur zwischen 5 und 25 °C. Für die Auswertung werden die Messungen in vier Außentemperaturbereiche gegliedert – nämlich 5 bis 10 °C, 10 bis 15 °C, 15 bis 20 °C und 20 bis 25 °C. Für jeden Temperaturbereich sind Bewertungskategorien gebildet, welche die thermische Behaglichkeit (PMV und DR), die Luftqualität, die Dauer der aktiven Kühlung und Heizung sowie die Dauer der verschiedenen Lüftungsmodi umfassen. Für jede Kategorie werden die Zeitanteile anhand der Bewertungskriterien in Tabelle 1 ermittelt.

Die Ergebnisse für verschiedene Außentemperaturbereiche hinsichtlich der Kriterien in Tabelle 1 werden in Abbildung 4 dargestellt. Die Auswertung zeigt, dass das Hybridlüftungssystem mit der entwickelten, regelbasierten Regelung eine gute Luftqualität und die thermische Behaglichkeit gewährleisten kann: Im Durchschnitt liegt der PMV-Wert zu mehr als 90 Prozent der Messdauer innerhalb der Kategorie B und zu 50 bis 60 Prozent der Messdauer innerhalb der Kategorie A. Zuglufterscheinungen treten nur selten auf, wobei sich der mittlere DR-Wert etwa 95 Prozent der Messdauer innerhalb der Kategorie B befindet.

Dies bedeutet, dass bei niedrigen Außentemperaturen die Zugluft durch die maschinelle Lüftung gut vermieden wird. Weiterhin liegt die CO₂-Konzentration in allen drei Testräumen bei mehr als 90 Prozent der Messdauer unter 1.000 ppm. Im gesamten Außentemperaturbereich von 5 bis 25 °C ist keine aktive Kühlung erforderlich, da die Restwärme im Raum mittels Hybridlüftung effektiv abgeführt werden kann. Bei niedrigen Außentemperaturen von 5 bis 10 °C überschreitet die CO₂-Konzentration den Grenzwert nicht, obwohl weder die maschinelle noch die natürliche Lüftung in allen Testräumen aktiviert wird. Eine mögliche Erklärung dafür besteht in der hohen Infiltration durch die Fensterlüfter, da die Luftklappen beim Ausschalten nicht automatisch geschlossen wurden.

Der Feldtest ergibt, dass die regelbasierte Regelung robust ist und eine gute Luftqualität sowie die thermische Behaglichkeit unter verschiedenen Wetterbedingungen gewährleisten kann. Die Ergebnisse sind jedoch nicht ausreichend, um den Jahresenergieverbrauch des Hybridlüftungssystems vollständig zu extrapolieren: Einerseits beschränken sich die Messungen lediglich auf den Betrieb während der Anwesenheit der Nutzer und anderseits decken sie die jährliche Außentemperaturverteilung nicht vollständig ab. Aus diesem Grund wird im nächsten Abschnitt die entwickelte Regelungsstrategie mithilfe von dynamischen Gebäudejahressimulationen weiter evaluiert.

Gebäudesimulation

Für die Gebäudesimulation in dieser Studie kommt die offene Modellierungsbibliothek „AixLib“ zum Einsatz, welche sowohl für das Modellieren von Einzelkomponenten in verschiedenen Gebäudeenergiesystemen als auch für das Modellieren von großen Stadtquartieren geeignet ist [5]. Mit der AixLib wird der Fassadenprüfstand in ein hochdetailliertes Gebäudemodell („High-Order Model“, HOM) überführt.

Abbildung 5 zeigt die Simulationsergebnisse hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit (a, oben) sowie des Jahresenergieverbrauchs (b, unten) der Hybrid-, maschinellen und Fensterlüftung. Der betrachtete Zeithorizont für die Auswertung (anws) basiert auf einem täglichen Anwesenheitsprofil von 8:00 bis 18:00 Uhr in einem Jahr. Die Auswertung für (alle) bewertet einen Dauerbetrieb über das gesamte Jahr. Zudem wird die natürliche Infiltration des Raums zwischen 0,3 h-1 (normal, links) und 0,1 h-1 (niedrig, rechts) variiert. Die verwendeten Wetterdaten stammen aus Aachen im Jahr 2020.

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