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Thermisches Modellhaus

Das Thermische Modellhaus

Grundidee
Das Thermische Modellhaus wurde mit sehr kompakten Abmessungen konzipiert — Innenmaße: 1m x 0,5m x 0,5m —, damit es von zwei Personen noch bequem transportiert werden kann. Die Außenwände, Boden und Dach bestehen weitestgehend aus Holz und Styrodur und die Fenster sind mit Einfachverglasung bestückt. Das thermische Modellhaus weist eine hohen Flexibilität auf: Fassade und Dach können gegen Typen unterschiedlicher Bauart ausgetauscht werden. Optional lässt sich eine Innenwand ergänzen, welche das Gebäudeinnere in zwei getrennte thermische Zonen aufteilt.

Jede dieser Zonen kann jeweils über eine Fußbodenheizung beheizt und/oder über eine Kühldecke mittels Peltier-Elemente gekühlt werden. Zwei Zu- und Abluftventilatoren ermöglichen zudem einen kontrollierten Luftaustausch mit der Umgebung. Der thermische Zustand des Modellhauses wird über das LEGO Mindstorms NXT System messtechnisch erfasst und optional auch geregelt: über Temperatursensoren werden z.B. die Außen- und Innenluftzustände gemessen und über eine programmierbaren Algorithmus weiterverarbeitet — z.B: Die Anpassung der Heizleistung zur Einhaltung einer Soll-Raumtemperatur.


Solare Einstrahlung
Didaktisches Konzept
Das Thermische Modellhaus ist für die Ausbildung von Studierenden der Architektur sowie der fachplanerischen Studiengänge — Gebäudetechnik, Energietechnik, Bauingenieurwesen — konzipiert. In diesen Studiengängen wird das Fachwissen über das thermische »Funktionieren« des Baukörpers sowie die Strategien zur Herstellung bestimmter Raumklimata zunächst qualitativ diskutiert. Ergänzend werden bei der Wissensvermittlung bauphysikalische und gebäudetechnische Rechenmodelle dargestellt und in Simulationsexperimenten angewandt. Meistens fehlt jedoch die Möglichkeit, die bauphysikalischen Effekte in der Gebäudehülle (z.B. thermische Trägheit) und die einzelnen Anteile in der thermischen Raumenergiebilanz (Wärmetransmission, Lüftungsverluste, kurzwellige Strahlungsgewinne etc.) direkt messtechnisch erfahrbar zu machen oder Regelungsstrategien zur Raumklimatisierung im Experiment zu testen.

Das Thermische Modellhaus will diese Lücke schließen, indem mit ihm eine Versuchseinrichtung zur Verfügung gestellt wird, mit der alle wesentlichen Aspekte der Gebäudeklimatisierung im Experiment nachvollzogen werden können. Hierzu gehören u.a.:


Wärmebild

Die nebenstehenden Abbildungen zeigen — ein Experiment, bei dem das Thermische Modellhaus mit einer „künstlichen Sonne“ aufgeheizt wird und Studenten im Selbstversuch mit einer Wärmebildkamera.