Komfortbasierte Regelung lokaler, personalisierter Klimatisierung auf der Grundlage multimodaler Sensorfusion und thermischer Komfortmodellierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph van Treeck
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556342419

Personalisierte Klimatisierungssysteme (PKS) erzeugen ein Mikroklima um den Nutzer und bergen erhebliches Energieeffizienzpotenzial. Die akzeptierte Soll-Raumtemperaturspanne kann hierdurch auf 18 °C bis 30 °C erweitert werden. Für den Einsatz ist jedoch ein dynamisches Regelsystem erforderlich, welches den Gebäudezweck, die thermische Behaglichkeit, und Energieeinsparziele berücksichtigt. Im Projekt soll ein komfortbasiertes Regelungskonzept zur personalisierten Klimatisierung an Arbeitsplätzen erforscht werden, welches den Nutzer in den Mittelpunkt der Raumklimaregelung stellt. Hierzu soll eine Regelungsstrategie für lokale Aktuatoren basierend auf Sensordaten sowie einem individualisierten Thermophysiologie- und Komfortmodell untersucht und implementiert werden. Aufbauend auf konventionellen (PID-)Regelungsstrategien wird das Potenzial von fortgeschrittenen Ansätzen mittels maschinellem Lernen und modellprädiktiver Regelung (MPC) untersucht. Eingangsdaten stellen u.a. ein 3-Kamera-System zur Erfassung und Zuordnung lokaler Haut-/Oberflächentemperaturen dar, sowie ein bestehendes numerisches Thermophysiologie-Ingenieurmodell (MORPHEUS) , welches die Thermoregulationsantwort von Individuen, durch Anpassung der Modellparameter an die mittels Bioimpedanz-Analyse (BIA) jeweils gemessene Körperzusammensetzung, in Echtzeit simuliert. Ziel ist die Kopplung von individualisierten numerischen Ansätzen mit lokalen Messwerten und einem auf physiologischen Eingangssignalen, z.B. Hauttemperatur, basierenden Komfortmodell, wodurch es möglich wird, den thermischen Komfort von Individuen in Echtzeit und unter Berücksichtigung dynamischer Effekte als Klimasummen-Regelgröße zu verwenden. Basierend auf den personenspezifischen Komfortaussagen der virtuellen Modelle sollen lokale Klimaaktuatoren wie ein klimatisierter Bürostuhl (Heiz- und Lüftungsfunktion), personalisierte Belüftung, Strahlungspaneele etc. individuell geregelt werden. Hierfür kommt ein bidirektionaler serverbasierter Kommunikationsansatz über TCP/IP mittels MQTT zum Einsatz. Probandenstudien in einem virtuellen Büroraum im neuen Raumklimalabor des Antragstellers bilden vier Szenarien zu moderaten thermischen Bedingungen über vier Jahreszeiten ab und bewerten den Ansatz und untersuchen die verschiedenen typologischen Regelungsansätze.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Jérôme Frisch; Dr. Marc Syndicus