Klimaneutrale Gebäude und Quartiere
Ziel des Mikroprojekts RL-Mate4WP ist die grundsätzliche Evaluierung der technischen Machbarkeit und Robustheit KI-gestützter Regelungskonzepte für Wärmepumpenanlagen im Gebäudebereich. Im Zentrum steht die methodische Analyse von Reinforcement-Learning-Verfahren (RL) unter realitätsnahen Bedingungen mit besonderem Fokus auf ihre Reaktion auf stochastische Unsicherheiten und Systemvariabilität.
Zur Erreichung dieses Ziels werden verschiedene Agenten- und Regelarchitekturen entworfen, implementiert und in einer simulierten Umgebung getestet, die ein gekoppeltes Modell aus Gebäude, Wärmepumpe und thermischem Speicher realitätsnah abbildet. Diese Trainingsumgebung dient dazu, sowohl Lernprozesse als auch Laufzeitverhalten der KI-Agenten kontrolliert und reproduzierbar zu untersuchen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf hybriden Ansätzen, die modellbasiertes Wissen mit datengetriebenem Lernen kombinieren.
Die entwickelte Simulationsplattform ermöglicht es, systematische Schwachstellen und Grenzen aktueller RL-Strategien zu identifizieren, etwa beim Umgang mit unvollständigen oder verrauschten Eingangsdaten. Ziel ist es, daraus Anforderungen an robuste Lernverfahren sowie potenzielle Lösungsansätze für zukünftige Praxiseinsätze abzuleiten.
Fördergeber: BMWE, Förderkennzeichen: 03ENM1002
Laufzeit: 01.06.2025 bis 28.02.2026
Entwicklung einer neuartigen Fassadenbegrünung mit optimierter Dämmwirkung, welche sich über ein Wasserreservoir kapillar selbstversorgt. Das Gesamtsystem wird aus einem Perlit lasergesintert und mittels eines 3D-Druckers in entsprechende Funktionsschichten gedruckt. Dies erfolgt in einer Pilotanlage beim Projektpartner ING3D GmbH. Dazu wird mit einem 2000 W Laser in einem einzigartigen und innovativen 3D-Fertigungsverfahren, dem sogenannten „Mineral Direct Laser Sintering“ (MDLS), erstmals die additive Fertigung von extrem leichten und nicht brennbaren Objekten realisiert. Der dabei genutzte mineralische Rohstoff macht den 3D-Druck mehr als 10-mal schneller als herkömmliche 3D-Druckverfahren (z.B. Kunststoffdruck) und ist somit für die industrielle Fertigung einsetzbar.
Ziel dieses Mikroprojektes ist es, das Potential von 3D-gedruckten porösen Strukturen als Grundlage für Fassadenbegrünung zu evaluieren. Dabei sollen Gradientenmaterialien mit variabler Porosität gedruckt und hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften untersucht werden. Anwachs- und Durchwurzelungstests sollen die Eignung der Strukturen für das Anwachsen ausgewählter Pflanzen aufzeigen. Umgekehrt sollen verschiedene Pflanzenarten auf ihre Tauglichkeit getestet werden, die gedruckten Strukturen zu bewachsen.
Fördergeber: BMWE, Förderkennzeichen: 09ENM1001
Laufzeit von 01.12.2024 bis 30.09.2025
Die Innovation des Projekts liegt in der mehrdimensionalen Gesamtoptimierung durch die Kombination von Hard- und Softwarekomponenten mit neuen intelligenten und prädiktiven Verfahren zur Gebäudesteuerung unter Einsatz von Machine Learning (ML). Hierzu werden aus Telemetriedaten des Energy Efficiency Center (EEC, Sitz des CAE), zusätzlichen Sensordaten, einem Digital-Twin-Modell des Gebäudes sowie Wetterdaten und -prognosen Sollwerte zur Regelung der Heizung und Kühlung sowie des Sonnenschutzes und der künstlichen Beleuchtung bestimmt und in das bestehende Gebäudeautomationssystem des EEC rückgekoppelt. Durch Korrelation mit Feedback der Gebäudenutzer können die Steuer- und Vorhersage-Algorithmen fortlaufend verbessert werden, um eine hohe Energieeffizienz des Gebäudes bei gleichzeitig hohem Komfort sicherzustellen.
Durch die sofortige Bereitstellung von Energieeinsparpotenzialen im Gebäudebetrieb trägt die im Vorhaben angestrebte und auf andere Gebäude übertragbare Software-as-a-Service- & Hardware-Lösung zum Erfolg einer nachhaltigen Energiewende bei.
Fördergeber: BMBF, Förderkennzeichen: 01|S23003A
Laufzeit von 01.03.2023 bis 28.02.2026
Bauphysikalische Bewertung von Fassaden- und Dachbegrünungen. Entwicklung standardisierter Messverfahren und Kenngrößenerfassung zur Berücksichtigung von Bauwerksbegrünungen in der energetischen Auslegung von Gebäuden.
Das CAE forscht bereits seit einiger Zeit an Begrünungssystemen in Verbindung mit innovativer Fassadentechnik. Daraus entstand nun das Projekt U-green. Darin werden handelsübliche Fassaden- und Dachbegrünungssysteme zunächst in Klassen systematisiert und anschließend bauphysikalisch und thermisch charakterisiert. So wird es möglich, die Wärmedämmwirkung und Verdunstungsleistung von Begrünungskomponenten und -systemen zuverlässig zu bestimmen.
Fördergeber: BMWi, Förderkennzeichen: 03EN1045A
Laufzeit von 01.08.2021 bis 31.10.2025
Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft.
Projektziel ist ein innovatives Gesamtkonzept zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft. Im Fokus steht dabei eine möglichst umfassende und effiziente Nutzung zur Verfügung stehender regenerativer Umweltenergie und die Verknüpfung mit LowEx-Systemen zur Gebäudekühlung, Heizung und Lüftung. Kernstück des Systems ist ein PVT-Kollektor, der gleichzeitig Strom, Wärme und Kälte rein regenerativ erzeugt.
Fördergeber: BMWi, Förderkennzeichen: 03EN1009A
Laufzeit von 01.01.2020 bis 31.05.2025
Dipl.-Phys. Stephan Weismann
Gruppenleiter
Tel.: +49 (0) 931 70564-338
stephan.weismann@cae-zerocarbon.de
Dr. Bastian Büttner
Stellv. Gruppenleiter
Tel.: +49 (0) 931 70564-231
bastian.buettner@cae-zerocarbon.de
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