Nachfolgend finden Sie Themenvorschläge für Masterarbeiten. Diese verstehen sich als Vorschläge und können individuell angepasst werden. 

Der Einsatz von Wärmepumpen scheiterte in der Vergangenheit oftmals an dem Mythos der vermeintlich in Bestandgebäuden für eine potentielle Wärmepumpe zu kleinen Heizkörpern und der nicht vorhandenen Fußbodenheizung. In dieser Arbeit gilt es nun zu untersuchen, inwieweit sich durch energetische Sanierungsmaßnahmen an der thermischen Hülle eines Altbaus und durch eine Systemoptimierug der vorhandenen Wärmeverteilung die Heizlast ausreichend reduzieren lässt (oder bereits reduziert wurde!) und sich so doch Einsatzmöglichkeiten für die Wärmepumpe darstellen lassen.

Zentraler Inhalt dieses Aufgabenvorschlages ist die Entwicklung eines auf Excel basierten Tools zur erleichterten und allgemein einsatzbaren Analyse der "Wärmepumpeneignung" eines Gebäudes.

Parallel dazu soll untersucht werden, inwieweit das Buckingham-π-Theorem angewendet werden könnte, um zu vergleichbaren Ergebnissen zu kommen. Dieses stammt aus der klassischen Dimensionsanalyse, ist aber gedanklich bis heute hochaktuell. Seine Grundidee lautet: Komplexe physikalische Systeme lassen sich oft auf wenige skalierende Zusammenhänge reduzieren. Statt viele Einzelwerte isoliert zu betrachten, sucht man nach den entscheidenden Verhältnissen und Kennzahlen.

Entscheidend sind Zusammenhänge wie:

* Wärmeverlust des Gebäudes
* Heizkörpergröße
* notwendige Vorlauftemperatur
* thermische Trägheit
* hydraulischer Abgleich
* Außentemperatur
* Effizienz der Wärmepumpe

In der Arbeit darf auch gezeigt werden, ob neuere Methoden und Denkweisen ggü. dem π-Theorem zu effizienteren Ansätzen führen. So in etwa

1. Reduced-Order-Models, hier werden komplexe Gebäude auf wenige thermische Speicher und Wärmeflüsse reduziert. Dadurch werden schnelle Simulationen möglich.

2. Physics-Informed Machine Learning, hier werden KI-Modelle mit physikalischen Gesetzen kombiniert statt rein datenbasiert zu arbeiten.

3. Exergie-Analysen oder weitere Dynamische Systemmodelle

Das (große) Thema darf gerne von zwei Studierenden bearbeitet werden. Zur Bearbeitung bedarf es neben dem technischen Sachverstand sicherlich auch die Bereitschaft bekannte (Wissens-)Pfade zu verlassen. Hierzu könnte der intensive Gedankenaustausch in einer Zweiergruppe hilfreich sein. 

 

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Patrick Jochum
Stand: 21.5.26

 

Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz von Gebäuden lassen sich in Form der erwartbaren Bedarfswerte oder auch in Form des reduzierten tatsächlichen Verbrauchs darstellen. Leider unterscheiden sich diese Werte bedingt durch Modellfehler und individuellem Nutzerverhalten.
In dieser Arbeit sollen diese Effekte quantifiziert werden und anschließend in Form von Regeln, Berechnungsmethodiken, Korrekturwerten o.ä. abgebildet werden. Ausgangsbasis könnte z.B. einer internationaler Vergleich der Berechnungsregeln und ein Literaturstudium über an Gebäuden durch Sanierung erzielte tatsächliche Einsparungen sein. Ebenso soll der sichnach Sanierungen einstellende Rebound-Effekt analysiert und quantifiziert werden. 

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Patrick Jochum
Stand 21.5.26

Bis 2045 soll der Gebäudebestand klimaneutral sein. Politisch vorgegebenen Szenarien geben zudem zur Disposition stehende sektorbezogene CO2-Budgets vor. Dem daraus resultierenden Bedürfnis nach gut gedämmten Gebäuden folgt eine zu erwartende und auch seit Jahren sichtbare Erhöhung des Dämmstoffeinsatzes und damit der in Form von Dämmstoff zunehmend verbauten grauen Energie. Gleichzeitig ist absehbar, dass die mittlere Anlagenaufwandszahl der Heizungsanlagen massiv sinken wird, so dass sich der primärenergetische Nutzen des Dämmstoffeinsatzes zunehmend reduzieren wird. Die zukünftig ebenso immer nachhaltiger produzierten Dämmstoffe stellen eine ebenso absehbare weitere Dynamik in der energetischen Bilanzierung von Energieeffizienzmaßnahmen dar. In dieser Arbeit sollen die angedeuteten dynamischen Prozesse mit dem Ziel näher untersucht werden, die "richtige" Dämmstoffstärke und Dämmstoffwahl zu definieren.

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Patrick Jochum
Stand: 21.5.26

Die Anlagenaufwandszahl beschreibt im Grunde die primärenergetische Effizienz einer Heizungsanlage. Dennoch erfährt diese eine erhebliche Beeinflussung durch auf den ersten Blick anlagenunabhängige Effekte, die durch die Qualität der thermischen Hülle beeinflusst werden. Dies ist soweit bekannt und zeigt sich z.B. auch in den Datenbättern der zurückgezogenen DIN 4701-10 Beiblatt 1.

Effekte wie höherer Wärmebedarf, längere Laufzeiten, höhere Verteilverluste, höhere Vorlauf- und ggf. Abgastemperaturen, schlechterer Teillastbetrieb oder höhere Taktraten werden hier in statistisch erfassten Kurven abgebildet.

Aufgabe dieser Arbeit ist es nun, ein Verfahren abzuleiten, welches Kennzahlen basiert, den Einfluss dieser im Prinzip dem Wärmeerzeuger nachgelagerten Einflüsse abbildet. Bestenfalls sollten auch Zeitverläufe der Anlagenaufwandszahl als Funktion der sich über die Jahre durch Einzelsanierungsmaßnahmen verbessernden thermischen Hülle abgebildet werden können.

Parallel dazu soll untersucht werden, inwieweit das Buckingham-π-Theorem angewendet werden könnte, um zu den gewünschten Ergebnissen zu kommen. Dieses stammt aus der klassischen Dimensionsanalyse, ist aber gedanklich bis heute hochaktuell. Seine Grundidee lautet: Komplexe physikalische Systeme lassen sich oft auf wenige skalierende Zusammenhänge reduzieren. Statt viele Einzelwerte isoliert zu betrachten, sucht man nach den entscheidenden Verhältnissen und Kennzahlen.

In der Arbeit darf auch gezeigt werden, ob neuere Methoden und Denkweisen ggü. dem π-Theorem zu effizienteren Ansätzen führen. So in etwa

1. Reduced-Order-Models, hier werden komplexe Gebäude auf wenige thermische Speicher und Wärmeflüsse reduziert. Dadurch werden schnelle Simulationen möglich.

2. Physics-Informed Machine Learning, hier werden KI-Modelle mit physikalischen Gesetzen kombiniert statt rein datenbasiert zu arbeiten.

3. Exergie-Analysen oder weitere Dynamische Systemmodelle

Das (große) Thema darf gerne von zwei Studierenden bearbeitet werden. Zur Bearbeitung bedarf es neben dem technischen Sachverstand sicherlich auch die Bereitschaft bekannte (Wissens-)Pfade zu verlassen. Hierzu könnte der intensive Gedankenaustausch in einer Zweiergruppe hilfreich sein. 

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Patrick Jochum
Stand: 21.5.26