Institut Nachhaltigkeit und Energie am Bau

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    Publikation
    Spatial distribution of radon in an experimental room
    (Elsevier, 16.11.2024) Grapentin, Raphael; Geiser, Antoine; Blaser Zürcher, Roger
    The spatial distribution of radon and the relevance of the placement of radon detectors relative to the entry path of radon-containing air in an experimental room was investigated. A radon emanation source was used from which the air was transported with a constant air flow into the room. The radon contaminated air was released under a floor element used for electrical wiring which has multiple holes connecting to the inner volume of the room. At 36 equally spaced lattice points in the room the radon activity concentration was measured with two different solid-state nuclear track detectors of type Radonova Radtrak and Radonova Rapidos. The radon exposure on the detectors was accumulated over 72 days. Additionally, an electronic measurement device of type Saphymo AlphaGUARD was used as reference. It indicated a radon exposition of 475(1) kBq.h/m3. The detectors of type Radtrak had a mean exposition of 564(36) kBq.h/m3 and the ones of type Rapidos 496(15) kBq.h/m3. Except for one outlier both types of detector showed a homogeneous distribution of radon in the room. Therefore, we have shown that under these experimental conditions the placement of the radon detector does not significantly influence the measurement result.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    A commissioning-oriented fault detection framework for building heating systems using SARIMAX models
    (29.10.2024) Sawant, Parantapa; Eismann, Ralph
    A scalable and rapidly deployable fault detection framework for building heating systems is presented. Unlike existing data-intensive machine learning approaches, a SARIMAX-based concept was implemented to address challenges with limited data availability after commissioning of the plant. The effectiveness of this framework is demonstrated on real-world data from multiple solar thermal systems, indicating potential for extensive field tests and applications for broader systems, including heat pumps and district heating.
    04B - Beitrag Konferenzschrift
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    Publikation
    FlexiCluster – Energetische Flexibilität von Arealen
    (Bundesamt für Energie BFE, 06.09.2024) Hall, Monika; Geissler, Achim
    Ziel des Projektes ist es, für Areale verbesserte Aussagen über das Zusammenspiel von Gebäudelast, Nutzung lokaler Strom-/Wärmeerzeugung, dem lokalen elektrischen Verteilnetz und der jeweiligen Trafostation zu machen. Insbesondere die Residuallast an der Trafostation ist für den Netzausbau ein wichtiger Parameter, weshalb sie detailliert betrachtet werden muss. Hierzu wird das System «Areal» in Verbindung mit dem System «elektrisches Netz» detailliert simuliert. Die komplexen Strukturen werden mit einer Multi-Agent Co-Simulations Umgebung abgebildet. Die System-Architektur setzt sich aus EnergyPlus (Gebäude inkl. Haustechnik), Mosaik (Multi-Agent Co-Simulation) und Pandapower (elektrisches Netz) zusammen. Mit der erstellten System-Architektur wird der Einfluss verschiedener Steuersignale auf verschieden Gebäude- und Arealparameter untersucht. Mit der erstellten System-Architektur wird ein Areal bestehend aus acht Einfamilienreihenhäusern mit unterschiedlichen Lastprofilen abgebildet. Aufgrund der Simulationen mit der erstellten System-Architektur kann gezeigt werden, dass das gewählte Lastmanagement (Day Ahead Preise, CO2äq-Emissionen, Trafoleistung und Trafotemperatur) für den netzdienlichen Betrieb des untersuchten Areals geeignet ist, ohne dass die thermische Behaglichkeit der Bewohnenden signifikant eingeschränkt wird. Es wird aber auch deutlich, dass die Netzeinspeisung eine grosse Rolle spielt. Ohne Berücksichtigung von Kurz- bzw. Langzeitspeicher kann das Areal gerade im Sommer nur eine sehr begrenzte Flexibilität aufweisen bzw. dem Lastmanagement nur bedingt Folge leisten.
    05 - Forschungs- oder Arbeitsbericht
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    Publikation
    Building and characterisation of a radon emanation source using a historical watch painted with radioluminescent paint containing radium
    (Institut Nachhaltigkeit und Energie am Bau, Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 27.09.2024) Grapentin, Raphael
    Conducting experiments with 222Rn not always requires a radon emanation source traceable to primary standards, often it is sufficient to use a well characterised radium source. In this work we present the building and characterisation of a radon emanation source using a watch with radioluminescent paint containing 226Ra. The source with 179±9 kBq 226Ra was characterised for different air flow rates between 0.05 L/min and 2 L/min. The mean radon emanation coefficient was 0.54 ± 0.19 while a dependence of radon emanation on relative air humidity was discovered.
    05 - Forschungs- oder Arbeitsbericht
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    Publikation
    Baumaterialien für Städte im Klimawandel. Ein Materialkatalog mit Empfehlungen
    (27.08.2024) Hoffmann, Caroline
    Die gewählten Baumaterialien haben Auswirkungen auf das städtische Mikroklima. Zusätzlich beeinflusst die Materialisierung die Umwelt z.B. im Hinblick auf die Versickerungsfähigkeit, die Akustik oder die Blendung. Die Kurzpräsentation gibt Einblick in den Katalog, den derzeitigen Arbeitsstand und macht Empfehlungen zur Materialienwahl.
    06 - Präsentation
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    Publikation
    An energy-economic analysis of real-world hybrid building energy systems
    (IOP Publishing, 11/2021) Sawant, Parantapa; Braasch, Christian; Koch, Manuel; Bürger, Adrian; Kallio, Sonja
    A coordinated operation of decentralised micro-scale hybrid energy systems within a locally managed network such as a district or neighbourhood will play a significant role in the sector-coupled energy grid of the future. A quantitative analysis of the effects of the primary energy factors, energy conversion efficiencies, load profiles, and control strategies on their energy-economic balance can aid in identifying important trends concerning their deployment within such a network. In this contribution, an analysis of the operational data from five energy laboratories in the trinational Upper-Rhine region is evaluated and a comparison to a conventional reference system is presented. Ten exemplary data-sets representing typical operation conditions for the laboratories in different seasons and the latest information on their national energy strategies are used to evaluate the primary energy consumption, CO2 emissions, and demand-related costs. Various conclusions on the ecologic and economic feasibility of hybrid building energy systems are drawn to provide a toe-hold to the engineering community in their planning and development.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Dekarbonisierung und Ressourcen sparen beim Heizungsersatz
    (30.03.2023) Hall, Monika
    Der Wechsel einer fossil betriebenen Heizung zu Erneuerbaren Energie ist unumgänglich, doch wie einfach ist der Heizungsersatz möglich? Bei dem Ersatz sollte auch auf die Treibhausgasemissionen des neuen Heizsystems für die Erstellung geachtet werden. Es stellt sich die Frage, ob es sinnvoll ist jedes Haus mit einem neuen Heizsystem zu versehen oder ob ein kleiner Wärmeverbund mit einer Zentrale für mehrere Häuser nachhaltiger ist?
    06 - Präsentation
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    Publikation
    Potential-estimation of thermal micro-grids in urban areas based on heat load and building clustering
    (IOP Publishing, 2023) Hall, Monika; Bereuter, Pia; Geissler, Achim
    As a result of climate change, fossil heating systems must be replaced with renewable systems. The question arises whether it makes sense for each building to have its own new heating system or whether a thermal micro-grid is possible. In this paper a model is presented which allows to aggregate buildings into thermal micro-grid clusters. All gas-heated residential buildings of Basel (Switzerland) are marked via geo-data. The heat demand of each building is determined depending on the year of construction and is then converted into the heat load. Each building then is grouped into thermal micro-grids according to a given grid load limit. The thermal micro-grids generated in this way are marked in color, so that the potential of any given city district can be easily and quickly identified. If the grid load limit is increased, the number of possible micro-grids increases, also.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Application and analysis of a model based controller for cooling towers in compression chiller plants
    (Elsevier, 2020) Sawant, Parantapa; Ho, Eric; Pfafferott, Jens
    Cooling towers or recoolers are one of the major consumers of electricity in a HVAC plant. The implementation and analysis of advanced control methods in a practical application and its comparison with conventional controllers is necessary to establish a framework for their feasibility especially in the field of decentralised energy systems. A standard industrial controller, a PID and a model based controller were developed and tested in an experimental set-up using market-ready components. The characteristics of these controllers such as settling time, control difference, and frequency of control actions are compared based on the monitoring data. Modern controllers demonstrated clear advantages in terms of energy savings and higher accuracy and a model based controller was easier to set-up than a PID.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Methodenentwicklung und Optimierung der METAS-Radonkammer zur Herstellung von feldtypischen Messparametern
    (Institut Nachhaltigkeit und Energie am Bau, Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 06.08.2024) Grapentin, Raphael
    Gemäss Schweizer Recht müssen Radonmessgeräte und Radondosimeter zugelassen werden. Dazu wird die Radonkammer des Eidgenössischen Instituts für Metrologie (METAS) genutzt. Die Radonkammer ermöglicht das Erzeugen einer Referenzkonzentration, die auf Primärstandards rückverfolgbar ist. Dabei konnten die Parameter der Luft, also Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck nicht gesteuert werden und lagen nur bedingt bei Werten, wie sie bei einer Radonmessung zu erwarten sind. Besonders radonexponierte Arbeitsplätze können eine grosse Bandbreite an Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten aufweisen, ebenso können Messungen in grosser Höhe bei deutlich geringerem Druck stattfinden als solche im Schweizer Mittelland. Damit stellt sich die Frage, ob und wie stark die Messgenauigkeit von Radonmessgeräten und Radondosimetern von den Parametern der Luft abhängt. Aus diesem Grund war es notwendig die Radonkammer des METAS anzupassen, sodass die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und der Luftdruck gesteuert werden können. Die Steuerung der Temperatur wurde über einen Wärmetauscher umgesetzt, der eine Flüssigkeit heizt oder kühlt. Diese Flüssigkeit umströmt die Hülle der Kammer in Schläuchen und überträgt so die Wärme. Mit einem Regelalgorithmus wird so die gewünschte Temperatur in der Kammer gehalten. Die Steuerung der Luftfeuchtigkeit funktioniert mit einem Ultraschallvernebler. Dieser wird elektrisch angesteuert und so die relative Luftfeuchtigkeit auf dem Zielwert stabilisiert. Eine Steuerung für den Luftdruck in der Kammer wurde zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht umgesetzt. In einer Testmessung wurden die Funktion der Steuerungen verifiziert. Bei Temperaturen von 5 °C, 20 °C und 40 °C und relativen Luftfeuchtigkeiten von 30%, 50% und 85% wurde eine Radonkonzentration von 400 Bq/m3 mit einem Luftvolumenstrom von 5.5 L/min erzeugt. Die Messungen zeigten, dass der Mittelwert der Temperatur nur in einer Messreihe um 0.01 °C von der Zieltemperatur abwich. Die Standardabweichungen der Temperatur betrugen maximal 0.05 °C. Bei der Luftfeuchtigkeit wurde mit 29.6% die grösste Abweichung des Mittelwertes vom Zielwert von 30% gemessen. Die Standardabweichungen der Messreihen betrugen maximal 1.1% relative Luftfeuchtigkeit. Damit wurde gezeigt, dass die Zielwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit genau erreicht und über Messreihen von sechs Stunden stabil gehalten werden können. Abschliessend ist es weiterhin interessant eine Steuerung des Luftdrucks in der Messkammer zu realisieren, damit auch dieser Parameter kontrolliert werden kann. Anhand dieser Optimierungen können nun Messgeräte geprüft und Datengrundlagen geschaffen werden.
    05 - Forschungs- oder Arbeitsbericht