In den nationalen und europäischen Normen und Energievorschriften wurden interne Leckagen bei
Lüftungsgeräten kaum thematisiert. Dies soll sich durch die Revision der EN 308 ändern. Im Rahmen
dieser Revisionsarbeiten werden die Kenngrössen EATR (Exhaust Air Transfer Ratio) und OACF
(Outdoor Air Correction Factor) übernommen. Dies sind zwei energetisch und hygienisch relevante
WRG-Kenngrössen, mit welchen sich die Autoren in der vorliegenden Diplomarbeit befassen möchten.
Mit Hilfe von exemplarischen Tests unter Laborbedingungen wurden die Einflussfaktoren auf interne
Leckagen untersucht. Zudem wurden Verfahren zur Messung und Überprüfung der Werte EATR und
OACF anhand von sieben Anlagen erprobt und anschliessend beurteilt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Kenngrössen gekoppelt und massgeblich von den Druckverhältnissen
im Lüftungsgerät abhängig sind. Diese Druckverhältnisse werden durch die Anordnung der Ventilatoren
hervorgerufen. Sie beeinflussen die Drucksituation am Rotor und somit die Leckagerichtung sowie
einen möglichen Spülzoneneinsatz. Weitere treibende Determinanten für Leckagen sind Dichtungen und
die Spülkammer.
Die künftige nationale Verwendung der beiden Kenngrössen EATR und OACF soll ein Bewusstsein
bezüglich der treibenden Faktoren für interne Leckagen beim Lüftungsgerät schaffen und die
Herangehensweise zur Verringerung dieser Undichtheiten vereinheitlichen. Mit dem richtigen Umgang
in der Projektierungs- bis hin zur Betriebsphase könnte in Zukunft ein relevanter Anteil des
Energieeffizienzpotentials der WRG in Lüftungs- und Klimaanlagen ausgeschöpft werden.
In national and european energy norms and regulations internal leakages in ventilation units have
scarcely been discussed. In the course of the EN 308 revision this should no longer be the case. This
revision will include the following parameters: the EATR (Exhaust Air Transfer Ratio) and the OACF
(Outdoor Air Correction Factor). These are two energetically and hygienically relevant heat recovery
parameters with which the authors of the thesis on hand would like to occupy themselves.
Thanks to exemplary tests under laboratory circumstances we have investigated the influencing factors
on internal leakages. Furthermore, procedures to measure and verify the EATR and OACF parameters
have been tested and evaluated by the means of seven systems.
The test results show that the parameters are connected and significantly determined by the pressure
ratios in the ventilation unit. These channel pressure ratios are being caused by the positions of the
ventilation fans. They affect the pressure situation at the rotor and thereby the leakage direction and a
possible rinse zone use. Other important determinants for leakages are sealings and the rinsing chamber.
The future national use of the parameters EATR and OACF should create awareness for the significant
factors concerning internal leakages in ventilation units and standardize the approach to minimize
leakages. With the correct handling from the planning phase to the operation phase a relevant portion of
the energy effiency potential of heat recovery in ventilation and air conditioning units can be exhausted.
Die Belimo Automation AG ist ein führendes Unternehmen im Bereich der elektrischen Antriebslösungen in der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik. Für die Entwicklung neuer Produkte werden neue Methoden, wie die modellbasierte Entwicklung und X-in-the-Loop (XIL) eingesetzt. Mittels Simulationen und Tests werden effiziente und iterative Prozesse durchgeführt. Dies ermöglicht eine frühzeitige Validierung und Verifikation. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein XIL-Konzept für die Belimo Automation AG zu erstellen und dabei insbesondere die Schwachstellen der aktuellen Testsituation zu beheben. Das Projekt gliedert sich in die Phasen Recherche, Konzeptanalyse und Validierung. In der Forschungsphase wurden Experteninterviews durchgeführt, um ein besseres Verständnis des Produkts, der XIL-Technologie und der Industriepraktiken zu erlangen. Die Phase der Konzeptanalyse umfasste die Definition der Testfälle und die Beschreibung der einzelnen Komponenten. Weiter wurden Darstellungen der Konzeptvarianten erstellt und die Evaluation durchgeführt, um die geeignetste Lösung für Belimo Automation AG zu finden. Schliesslich wurde das ausgewählte Konzept durch die Prüfung der Machbarkeit der Schnittstellen validiert. Ein Hardware-in-the-Loop-Produktverifikationskonzept für das Energy Valve kristallisierte sich als Ergebnis dieser Arbeit heraus. Insgesamt bietet die XIL-Methode zahlreiche Vorteile für das frühzeitige Testen von neuen Produkten, Features oder Updates und ermöglicht automatisierte Tests, welche die betrieblichen Ressourcen schonen. Setzt man diese XIL-Methode ein, können umfassende und kostengünstige Tests und Validierungen komplexer Systeme durchgeführt werden, wodurch sich die Entwicklungszeit verkürzt. Weiter werden die Zuverlässigkeit, sowie die Sicherheit des Endprodukts gewährleistet.
Belimo Automation AG is a leading company in the field of electrical drive solutions in heating, ventilation, and air-conditioning technology. To develop new products, new methods such as model-based development and X-in-the-Loop (XIL) are being employed, enabling efficient and iterative processes through early verification and validation via simulations and tests. This bachelor thesis aims to create an XIL concept for Belimo Automation AG, specifically focusing on addressing the weaknesses in their current testing situation. The project is structured as follows: research, concept analysis, and validation. In the research phase, expert interviews were conducted to gain a better understanding of the product, XIL technology, and industry practices. The concept analysis phase involved defining the test cases and describing individual components, as well as presenting concept variants and evaluating the most suitable solution for Belimo Automation AG. Finally, the selected concept is validated by examining the feasibility of the interfaces. The outcome of this work is a Hardware-in-the-Loop product verification concept for the Energy Valve. Overall, the XIL method offers numerous advantages for early testing of new products, features, or updates, allowing for automated tests that preserve operational resources. In summary, XIL should be used because it enables comprehensive and cost-effective testing and validation of complex systems, shortens development time, and ensures the reliability and safety of the final product.
«Atmosphäre statt Maschine», ein Gebäude ohne Heizungsanlage und trotzdem ein behagliches Raumklima.
Nach diesem Prinzip sind die beiden Bürogebäude in Lustenau und Emmen, sowie das Wohnhaus Erlenmatt
in Basel gebaut. Anhand der Fragestellung: «Ist es ökologische sinnvoll, ein Wohngebäude ohne aktive
Heizung zu bauen?» sind in einem ersten Teil die theoretische Funktionsweise, die Praxistauglichkeit, der
Einfluss der Standortwahl und die einzelnen Konzepte beschrieben. Anhand dieser Themen sind die
Schwierigkeiten bezüglich der Behaglichkeit im Wohnungsbau ohne Heizungsanlage und Klimatisierung
beschrieben. Dabei liegt die Problematik bei der zu niedrigen Raumtemperatur in der Winterperiode,
hauptsächlich verursacht durch die geringen internen Lasten und die Nutzungszeit in der Nacht.
Im zweiten Teil dieser Arbeit sind mit einer Parameterstudie die ökologischen Aufwände für die
Baukonstruktion, die Heizungsinstallation und die Betriebsenergie berechnet, um den optimalen U-Wert eines
allgemeingültigen Mehrfamilienhauses zu eruieren. Dadurch stellt sich heraus, dass es ökologisch nicht
sinnvoll ist, erhöhte Anforderungen an die Bauteile zu stellen um auf eine Heizungsanlage zu verzichten. Auf
der Grundlage dieses optimierten Gebäudes, könnten auf alle bestehenden Mehrfamilienhäuser in der Schweiz
die jährliche Stromproduktion des Atomkraftwerk Beznau 3.5-fach eingespart werden. Somit wird im Umfang
der betrachteten Parameter dieser Arbeit – das betrachtete Referenzgebäude mit Wohnnutzung – für ein Objekt
ohne Heizungsanlage als ungeeignet eingestuft.
«Atmosphere instead of machine», a building without a heating system and yet a comfortable indoor climate.
The two office buildings in Lustenau and Emmen, as well as the Erlenmatt residential building in Basel, are
built on this principle. Based on the question: «Does it make ecological sense to build a residential building
without active heating? », the first part describes the theoretical mode of operation, the practical suitability, the
influence of the choice of location and the individual concepts. On the basis of these topics, the difficulties
regarding comfort in residential buildings without heating and air conditioning are described. The problem is
the too low room temperature in the winter period, mainly caused by the low internal loads and the usage time
at night.
In the second part of this thesis the ecological costs for the construction, the heating installation and the
operating energy are calculated with a parameter study to find out the optimal U-value of a generally valid
apartment building. Thus, it turns out that it does not make ecological sense to make increased demands on the
building components in order to do without a heating system. On the basis of this optimised building, the annual
electricity production of the Beznau nuclear power plant could be saved 3.5 times over all existing multi-family
houses in Switzerland. Thus, in the scope of the considered parameters of this thesis – the considered reference
building with residential use – is classified as unsuitable for an object without heating system.
«Atmosphäre statt Maschine», ein Gebäude ohne Heizungsanlage und trotzdem ein behagliches Raumklima.
Nach diesem Prinzip sind die beiden Bürogebäude in Lustenau und Emmen, sowie das Wohnhaus Erlenmatt
in Basel gebaut. Anhand der Fragestellung: «Ist es ökologische sinnvoll, ein Wohngebäude ohne aktive
Heizung zu bauen?» sind in einem ersten Teil die theoretische Funktionsweise, die Praxistauglichkeit, der
Einfluss der Standortwahl und die einzelnen Konzepte beschrieben. Anhand dieser Themen sind die
Schwierigkeiten bezüglich der Behaglichkeit im Wohnungsbau ohne Heizungsanlage und Klimatisierung
beschrieben. Dabei liegt die Problematik bei der zu niedrigen Raumtemperatur in der Winterperiode,
hauptsächlich verursacht durch die geringen internen Lasten und die Nutzungszeit in der Nacht.
Im zweiten Teil dieser Arbeit sind mit einer Parameterstudie die ökologischen Aufwände für die
Baukonstruktion, die Heizungsinstallation und die Betriebsenergie berechnet, um den optimalen U-Wert eines
allgemeingültigen Mehrfamilienhauses zu eruieren. Dadurch stellt sich heraus, dass es ökologisch nicht
sinnvoll ist, erhöhte Anforderungen an die Bauteile zu stellen um auf eine Heizungsanlage zu verzichten. Auf
der Grundlage dieses optimierten Gebäudes, könnten auf alle bestehenden Mehrfamilienhäuser in der Schweiz
die jährliche Stromproduktion des Atomkraftwerk Beznau 3.5-fach eingespart werden. Somit wird im Umfang
der betrachteten Parameter dieser Arbeit – das betrachtete Referenzgebäude mit Wohnnutzung – für ein Objekt
ohne Heizungsanlage als ungeeignet eingestuft.
«Atmosphere instead of machine», a building without a heating system and yet a comfortable indoor climate.
The two office buildings in Lustenau and Emmen, as well as the Erlenmatt residential building in Basel, are
built on this principle. Based on the question: «Does it make ecological sense to build a residential building
without active heating? », the first part describes the theoretical mode of operation, the practical suitability, the
influence of the choice of location and the individual concepts. On the basis of these topics, the difficulties
regarding comfort in residential buildings without heating and air conditioning are described. The problem is
the too low room temperature in the winter period, mainly caused by the low internal loads and the usage time
at night.
In the second part of this thesis the ecological costs for the construction, the heating installation and the
operating energy are calculated with a parameter study to find out the optimal U-value of a generally valid
apartment building. Thus, it turns out that it does not make ecological sense to make increased demands on the
building components in order to do without a heating system. On the basis of this optimised building, the annual
electricity production of the Beznau nuclear power plant could be saved 3.5 times over all existing multi-family
houses in Switzerland. Thus, in the scope of the considered parameters of this thesis – the considered reference
building with residential use – is classified as unsuitable for an object without heating system.
Das Wärmenetz GSG ist ein bestehendes Niedertemperatur Wärmenetz im Raum St.Gallen-Winkeln.
Aufgrund der grossen Nachfrage an erneuerbarer Energie in diesem Gebiet, soll das bestehende Wärmenetz
der energienetz GSG AG in Zukunft grossflächig ausgebaut werden. Um kleine Bezüger wie Ein- oder
Mehrfamilienhäuser ebenfalls wirtschaftlich anzuschliessen sind Quartierverbunde, sogenannte Clusternetze
notwendig. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, wirtschaftliche Konzepte für diese Netze zu erstellen. Die
konzeptionellen Überlegungen stehen dabei im Vordergrund, eine konkrete Dimensionierung wird dabei
nicht berücksichtigt.
Als Grundlage der Arbeit wurde eine systematische Literaturrecherche durchgeführt. Aufgrund der lokalen
Beschaffenheit wurden die Konzepte in die Kategorien Altbauten, Neubauten mit Heizbedarf sowie
Neubauten mit Heiz- und Kühlbedarf aufgeteilt und an die Anforderungen den Kunden angepasst. Sämtliche
Konzepte wurden qualitativ hinsichtlich technischer, ökonomischer und sozialer Aspekte beurteilt.
Für den Bau des Clusternetzes sind insgesamt acht Konzepte entwickelt worden. Weil es im behandelten
Fallbeispiel nicht der Fall sein wird, dass nur eine der drei definierten Gebäudekategorien angeschlossen
wird, wurden die Erzeugungskonzepte so aufgebaut, dass diese eine gewisse Flexibilität in Bezug auf die
Gebäudekategorien zulassen. Die qualitative Beurteilung dieser Erzeugungskonzepte zeigt, dass einige
Konzepte für eine weitere Betrachtung berücksichtigt werden können. Die Anlagen, sowie die Betriebskosten
können jedoch nicht untereinander verglichen werden, da nur qualitative Aussagen in dieser Arbeit getroffen
wurden. Dennoch muss berücksichtig werden, dass die Erzeugungskonzepte aufwändiger werden, sobald eine
maschinelle Kälteerzeugung notwendig ist.
Weiterführend sind die Wohnquartiere zu definieren und neue Kunden zu akquirieren. Wenn effektive
Ausbaupläne für diese Cluster vorliegen, können die Konzepte anhand der Dimensionierung quantitativ
bewertet werden.
The GSG heating network is an existing low-temperature heating network in the St.Gallen-Winkeln area. Due
to the high demand for renewable energy in this area, the existing heating network of energienetz GSG AG is
to be expanded over a large area in the future. In order to connect small occupiers such as single or multifamily
houses economically, district networks, so-called cluster networks, are necessary. The aim of the
present work is to develop economic concepts for these networks. The conceptual considerations are in the
foreground, a concrete dimensioning is not considered.
As a basis for the work, a systematic literature research was carried out. Due to the local nature, the concepts
were divided into the categories of old buildings, new buildings with heating demand and new buildings with
heating and cooling demand and adapted to the requirements of the customers. All concepts were
qualitatively assessed in terms of technical, economic and social aspects.
A total of eight concepts were developed for the construction of the cluster network. As it will not be the case
that only one of the three defined building categories will be connected in the case study, the generation
concepts were structured in such a way that they allow a certain flexibility with regard to the building
categories. The qualitative assessment of these generation concepts shows that some concepts can be
considered for further consideration. However, the plants, as well as the operating costs, cannot be compared
with each other, since only qualitative statements were made in this work. Nevertheless, it must be taken into
account that the generation concepts become more expensive as soon as mechanical cooling is necessary.
Further on, the residential quarters have to be defined and new customers have to be acquired. When
effective expansion plans for these clusters are available, the concepts can be quantitatively evaluated based
on the dimensioning.