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ActiveSkin - Thermisch aktivierte Fassadensysteme im Industriesektor

Silva, Carina da (2024)
ActiveSkin - Thermisch aktivierte Fassadensysteme im Industriesektor.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026579
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: ActiveSkin - Thermisch aktivierte Fassadensysteme im Industriesektor
Language: German
Referees: Schneider, Prof. Dr. Jens ; Knaack, Prof. Dr. Ulrich
Date: 15 February 2024
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xv, 261 Seiten
Date of oral examination: 28 November 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00026579
Abstract:

Der Schwerpunkt dieser Dissertation liegt primär auf dem Themenkomplex "Thermisch aktivierter Fassadensysteme" (kurz: TAF-Systeme), wobei die Fassade der ETA-Fabrik der TU Darmstadt als zentrales Forschungs- und Untersuchungsobjekt dient. Die ETA-Fassade zeichnet sich dadurch aus, dass sie sowohl auf der Rauminnenseite als auch auf der Außenseite mit wassergeführten Rohrsystemen, auch als Kapillarrohrmatten bezeichnet, thermisch aktiviert wird. Zusätzlich ist sie hydraulisch mit den gebäudetechnischen Anlagen sowie der Produktionskette der ETA-Fabrik verbunden, was eine effiziente Nutzung von Abwärme über diverse Schnittstellen hinweg ermöglicht. Das Hauptziel bestand darin, eine solide Wissensgrundlage für die gezielte Anwendung der thermischen Aktivierung von Fassaden zu schaffen. Dies erstreckte sich von der Analyse des konstruktiven Aufbaus bis hin zur eingehenden Untersuchung der thermischen Bauphysik des TAF-Systems. Darüber hinaus wurden die Potenziale zur Anwendung solcher TAF-Systeme im Industriesektor durch eine statistische Auswertung von 1.346 Gebäuden der Kategorie „Produktions-, Werkstatt-, Lager- oder Betriebsgebäude" identifiziert. Hierbei lag der Fokus auf den vorherrschenden Gebäudehüllprinzipien und Klimatisierungskonzepten. Für das Referenzsystem, die ETA-Fassade, erfolgte eine Systemuntersuchung und optimierung durch verschiedene Ansätze. Hierzu zählten die Auswertung von Messdaten, die während einer Produktionswoche im Jahre 2018 erfasst wurden, sowie die simulativen hygrothermischen Analysen und Parameterstudien. Diese haben Aufschluss über die Energieeffizienz und -flexibilität der ETA-Fassade gegeben und Möglichkeiten aufgezeigt, die eine Verbesserung der bereits guten Wärmeübertragungs- und Wärmespeichereigenschaften auf Baustoff- und Bauteilebene erzielten. Im Zuge dieser Untersuchungen konnten auch jene Konfigurationen herausgearbeitet werden, die eine deutliche Schwächung der energetischen Leistungsfähigkeit darstellen. Des Weiteren wurden die ökologischen Merkmale der ETA-Fassade mithilfe einer digitalen Ökobilanzierung erfasst, die den Bedarf an weiterführender Forschung und Entwicklung in diesem Bereich verdeutlichte. Abschließend wurden anhand von Schlussrechnungen, die nach baulicher Fertigstellung der ETA-Fabrik von den ausführenden Firmen gestellt wurden, die Kosten für die ETA-Fassade ermittelt und den BKI-Kostenkennwerten gegenübergestellt. Angesichts der festgestellten erhöhten Kosten für die "ETA-Fassade" als Mockup bzw. Forschungsobjekt wurde die Notwendigkeit einer standardisierten Herstellung eines TAF-Moduls verdeutlicht. Erst wenn die energetischen, ökologischen und ökonomischen Eigenschaften in Einklang gebracht werden, kann eine erfolgreiche Markteinführung gewährleistet werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

The Dissertation’s Focus is primarily on the issue of "thermally activated façade systems" (short "TAF-systems"), with the façade of the ETA-factory at the TU Darmstadt serving as the central research and study object. The ETA-façade is characterised by being thermally activated both on the inner space and on the outside with water-bearing pipe systems, also known as capillary tube mats. In addition, it is hydraulically connected to the technical building systems as well as the production chain of the ETA-factory, which enables efficient use of waste heat across various interfaces. The main objective was to create a solid knowledge base for the targeted application of thermal activation of façades. This ranged from the analysis of the constructive design to the in-depth investigation of the thermal building physics of the TAF-system. In addition, the potentials in the industrial sector were identified through a statistical evaluation of 1.346 buildings in the category "production, workshop, warehouse or factory buildings". The focus here was on the prevailing building envelope principles and air conditioning concepts. For the reference system, the ETA-façade, a system investigation and optimisation were carried out using various approaches. These included the evaluation of measurement data collected during a production week in 2018, as well as the simulative hygrothermal analyses and parameter studies. These provided information on the energy efficiency and flexibility of the ETA-façade and identified opportunities to improve the heat transfer and heat storage properties at the building material and structural component level. Throughout these investigations, it was also possible to identify those configurations that represent a significant decrease in energy performance. Furthermore, the ecological characteristics of the ETA-façade were recorded with the help of a digital life cycle assessment, which highlighted the need for further research and development in this area. The costs for the ETA-façade were determined on the basis of final invoices submitted by the contractors after the construction of the ETA-factory was completed and compared with the BKI cost ratios. In view of the identified increased costs for the "ETA-façade" as a mock-up or research object, the necessity of a standardised production of a TAF-module was highlighted. A successful market launch can only be guaranteed if the energetic, ecological and economic properties are harmonised.

English
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-265792
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering
600 Technology, medicine, applied sciences > 624 Civil engineering and environmental protection engineering
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute für Structural Mechanics and Design > Facade Structures
Date Deposited: 15 Feb 2024 13:05
Last Modified: 16 Feb 2024 11:02
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/26579
PPN: 515592307
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