@article{FilippoupolitisHopkinsVoeltletal.2017, author = {Filippoupolitis, M. and Hopkins, C. and V{\"o}ltl, R. and Schanda, Ulrich and Mahn, J. and Krajči, L.}, title = {Structural dynamics of a dowelled-joist timber floor in the low-frequency range modelled using finite element simulation}, series = {Engineering Structures}, volume = {148}, journal = {Engineering Structures}, pages = {602 -- 620}, year = {2017}, abstract = {This paper concerns the development and validation of Finite Element Methods (FEM) to simulate the dynamic response of a dowelled-joist timber floor. This is a solid floor comprised of timber joists connected using timber dowels with individual assemblies connected using inclined metal screws. The focus is on the structural dynamics in the low-frequency range up to 200 Hz which is the relevant range for impact sound insulation and vibration serviceability. Dowel connections between the joists that formed each assembly were modelled using either rigid or spring connectors in the FEM models. The validation against experimental modal analysis showed that both approaches were valid in terms of the eigenfrequencies, Modal Assurance Criterion (MAC) and the spatial-average velocity with point excitation. Whilst the FEM model with spring connectors had a higher number of correlated modes in the MAC analysis, this required removal of many spurious modes before predicting the response. The validated models were used to demonstrate the potential in predicting assessment parameters for vibration serviceability that are contained in EN 1995-1-1 (Eurocode 5). This predictive approach to the evaluation of vibration serviceability has the advantage in that it can be used for non-standard timber floors with non-standard boundary conditions or floor plans.}, language = {en} } @inproceedings{HanfstaenglParzingerSpindleretal.2020, author = {Hanfstaengl, Lucia and Parzinger, Michael and Spindler, Uli and Wellisch, Ulrich and Wirnsberger, Markus}, title = {Identifying occupant presence in a room based on machine learning techniques by measuring indoor air conditions}, series = {E3S Web of Conferences, 12th Nordic Symposium on Building Physics (NSB 2020)}, volume = {172}, booktitle = {E3S Web of Conferences, 12th Nordic Symposium on Building Physics (NSB 2020)}, pages = {22005}, year = {2020}, abstract = {Knowing about the presence and number of people in a room can be of interest for precise control of heating, ventilation and air conditioning. To determine the number and presence of occupants cost-effectively, it is of interest to use already existing air condition sensors (temperature, humidity, CO2) of the building automation system. Different approaches and methods for determining presence have attracted attention in recent years. We propose an occupancy detection method based on a method of supervised machine learning. In an experiment, measurement data were recorded in a research apartment with controllable boundary conditions. The presence of people was simulated by artificial injection of water vapour, CO2 and heat dissipation. The variation of the number of artificial users, the duration of presence and the supply air volume flow of the ventilation resulted in a total of 720 combinations. By using artificial users, the boundary conditions were accurately defined, and different presence situations could be measured time-effectively. The data is evaluated with a method of supervised machine learning called random forest. The statistical model can determine precisely the number of people in over 93\% of the cases in a disjoint test sample. The experiments took part in the Rosenheim Technical University of Applied Sciences laboratory.}, language = {en} } @techreport{GerhardsWeberKlafkaetal.2021, type = {Working Paper}, author = {Gerhards, Christoph and Weber, Urban and Klafka, Peter and Golla, Stefan and Hagedorn, Gregor and Baumann, Franz and Brendel, Heiko and Breyer, Christian and Clausen, Jens and Creutzig, Felix and Daub, Claus-Heinrich and Helgenberger, Sebastian and Hentschel, Karl-Martin and von Hirschhausen, Christian and Jordan, Ulrike and Kemfert, Claudia and Krause, Harald and Linow, Sven and Oei, Pao-Yu and Pehnt, Martin and Pfennig, Andreas and Pr{\"a}ger, Fabian and Quaschning, Volker and Schneider, Jens and Spindler, Uli and Stelzer, Volker and Sterner, Michael and Wagener-Lohse, Georg and Weinsziehr, Theresa}, title = {Klimavertr{\"a}gliche Energieversorgung f{\"u}r Deutschland - 16 Orientierungspunkte}, series = {Diskussionsbeitr{\"a}ge der Scientists for Future}, volume = {7}, journal = {Diskussionsbeitr{\"a}ge der Scientists for Future}, pages = {1 -- 55}, year = {2021}, abstract = {Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte f{\"u}r eine klimavertr{\"a}gliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierf{\"u}r die deutschen energiebedingten CO2-Emissio­nen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken m{\"u}ssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazit{\"a}ten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Geb{\"a}udew{\"a}rme hier­zu wesentlich beitragen. Die Kernenergie ist mit großen Risiken belastet und kann nicht hinreichend schnell aufgebaut werden. Biomasse in Form von Energie­pflan­zen zu nutzen, ist ineffizient und steht im Konflikt mit anderen Arten der Land­nut­zung. Importe klimaneutral erzeugter Energietr{\"a}ger in sehr großem Umfang er­for­dern extrem große Investitionen im Ausland. Sie sind eine ungesicherte Option auf die Zukunft. Entscheidend ist daher der ausreichend schnelle Ausbau von Photovoltaik (PV) und Wind­kraft in Deutschland. Sch{\"a}tzungsweise kann der Elektrizit{\"a}tsbedarf im Jahr 2030 z. B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahe­zu voll­st{\"a}ndig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elek­tri­fizierte Mobilit{\"a}t und W{\"a}rmeversorgung betreiben und ein Teil des ben{\"o}­tig­ten „gr{\"u}­nen" Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierf{\"u}r ist ein j{\"a}hr­licher Zu­bau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft n{\"o}tig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine ge­sell­schaft­liche Kraftanstrengung. Ein weiter verz{\"o}gerter Ausbau m{\"u}sste mit noch deut­lich gr{\"o}ßeren gesellschaftlichen Anstrengungen f{\"u}r drastische Energieeinspa­run­gen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt k{\"o}nnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Auf­bau der Kapazit{\"a}ten mehrere Jahre erfordert, ist es m{\"o}glich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt f{\"u}r Importe ent­wi­ckelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegen­{\"u}ber der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfol­gen. Gr{\"u}ner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abge­lei­tete Syntheseprodukte sind f{\"u}r die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie f{\"u}r die Absicherung der Energieversorgung bei Dun­kel­flauten n{\"o}tig. Ohne die genannten Ausbauziele f{\"u}r Wind und Solar noch drastisch weiter zu erh{\"o}hen, stehen diese Produkte f{\"u}r Straßenverkehr und W{\"a}rmeversor­gung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verf{\"u}gung. Techniken zum Aus­gleich zwischen Elektrizit{\"a}tsangebot und -nachfrage sind verf{\"u}gbar und sollten recht­zeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu geh{\"o}ren: Stromaustausch mit den Nach­barl{\"a}ndern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. F{\"u}r deren Inte­gration sowie den Ausbau der Netze sollten z{\"u}gig verbesserte rechtliche Rah­men­bedingungen geschaffen werden. Die Kosten eines klimavertr{\"a}glichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht h{\"o}­her als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitspl{\"a}tze und Export­chan­cen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Geb{\"a}udesanierung. Die politischen Rahmenbe­din­gungen entscheiden, ob eine klimavertr{\"a}gliche Energieversorgung Deutschlands ge­lingt.}, language = {de} } @article{SchaefleKautz2021, author = {Sch{\"a}fle, Claudia and Kautz, Christian}, title = {Student reasoning in hydrodynamics: Bernoulli's principle versus the continuity equation}, series = {Physical Review Physics Education Research}, volume = {17}, journal = {Physical Review Physics Education Research}, number = {1}, publisher = {American Physical Society}, pages = {010147}, year = {2021}, abstract = {We report on an investigation of student thinking about steady-state pipe flow of an incompressible fluid. About 250 undergraduate engineering students were given a test consisting of two hydrodynamics questions, combining multiple-choice format with subsequent open-ended explanations. There is substantial evidence that students have difficulty applying and prioritizing the two basic principles of mass conservation (expressed in the continuity equation) and energy conservation (i.e., Bernoulli's equation). When faced with questions that involve gravity, dissipative effects ("friction"), or a visible pressure drop, a considerable number of students did not invoke the continuity equation in situations where applying it is a necessary step for arriving at the correct answer. Instead, even after lecture instruction on this topic, many of the first-year students based their answers on ill-supported assumptions about local pressures. Some of them used formal arguments from a simplified Bernoulli equation ("lower pressure means higher velocity"), while others based their answer on intuitive arguments ("higher pressure leads to higher velocity"). We also found reasoning based on analogies to single-particle motion ("flow velocity decreases when flowing upwards or friction is present"). Contrary to other researchers, we did not see any evidence for the hypothesis that students think of water as a compressible fluid. Instead, students' answers often indicate a lack of understanding of the conservation of mass or its implications for incompressible fluids or of the role that this principle plays in the context of fluid flow. In addition, our data indicate that some students have more general difficulties in describing and reasoning about technical situations, such as applying equations containing multiple variables, distinguishing spatial differences in a quantity from its changes with respect to time, or realizing the meaning of idealizations. We also present some evidence that different levels of activation of students during instruction influence the prevalence of these difficulties and discuss some implications for instruction.}, language = {en} } @article{SchaefleLuxFeldmeier2012, author = {Sch{\"a}fle, Claudia and Lux, Christine and Feldmeier, Franz}, title = {Untersuchung des Gesamtenergiedurchlassgrades an geb{\"a}udeintegrierbaren, teiltransparenten Photovoltaik- Modulen bei elektrischer Leistungsentnahme}, series = {Bauphysik}, volume = {34}, journal = {Bauphysik}, number = {4}, pages = {153 -- 165}, year = {2012}, abstract = {Der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) verschiedener teiltransparenter, geb{\"a}udeintegrierbarer Photovoltaik-Module wurde mit und ohne Entnahme elektrischer Leistung kalorimetrisch gemessen. Durch die Leistungsentnahme sinkt die Oberfl{\"a}chentemperatur des Moduls um bis zu 4 K. Gleichzeitig reduziert sich der g-Wert aufgrund der geringeren sekund{\"a}ren W{\"a}rmeabgabe. Die Gr{\"o}ße der Abnahme h{\"a}ngt von der entnommenen Leistung ab und stimmt sehr gut mit einem einfachen, auf dem Energiesatz basierenden Rechenmodell {\"u}berein.}, language = {de} } @article{StanzelJunkerGraupner2021, author = {Stanzel, Silke and Junker, Elmar and Graupner, Franziska}, title = {Der H{\"o}rsaal als Labor: aktivierende Lehre auf dem Pr{\"u}fstand}, series = {Die Neue Hochschule}, volume = {2021}, journal = {Die Neue Hochschule}, number = {2}, publisher = {DUZ Verlags- und Medienhaus GmbH}, address = {Berlin}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:861-opus4-17352}, pages = {20 -- 23}, year = {2021}, abstract = {An der TH Rosenheim sind die Lehrenden der Physikgrundlagen f{\"u}r alle technischen Studieng{\"a}nge in einer Fakult{\"a}t beheimatet. Das erleichtert und bef{\"o}rdert den Austausch nicht nur fachlicher Themen sondern auch didaktischer Fragestellungen. Das zunehmend heterogene Vorwissen der Studierenden sowie die Unzufriedenheit mit studentischen Pr{\"u}fungsleistungen und eher passiver Unterrichtsbeteiligung gaben den Ausschlag, die Didaktik in den Blick zu nehmen um die Wirksamkeit der Lehre zu erh{\"o}hen. Das „Scholarship of Teaching and Learning" gibt Auskunft dar{\"u}ber, ob das Ergebnis den Aufwand rechtfertigt. Der FCI-Konzepttest zeigt eindeutig die Wirksamkeit der verwendeten aktivierenden Lehrmethoden JiTT und PI. Die Pr{\"u}fungsergebnisse erweisen sich nicht in gleichem Maße f{\"u}r eine quantitative Analyse als geeignet. Die Auswertung der Daten in Bezug auf Teilnahmeverhalten und Bestehensraten legt den Schluss nahe, dass bei Anwendung studierendenzentrierter und aktivierender Lehrmethoden signifikant mehr Studierende zu einem fr{\"u}heren Zeitpunkt die Klausur erfolgreich ablegen.}, language = {de} } @article{ParzingerHanfstaenglSiggetal.2020, author = {Parzinger, Michael and Hanfstaengl, Lucia and Sigg, Ferdinand and Spindler, Uli and Wellisch, Ulrich and Wirnsberger, Markus}, title = {Residual Analysis of Predictive Modelling Data for Automated Fault Detection in Building's Heating, Ventilation and Air Conditioning Systems}, series = {Sustainability}, volume = {12}, journal = {Sustainability}, number = {17}, pages = {6758}, year = {2020}, abstract = {Faults in Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems affect the energy efficiency of buildings. To date, there rarely exist methods to detect and diagnose faults during the operation of buildings that are both cost-effective and sufficient accurate. This study presents a method that uses artificial intelligence to automate the detection of faults in HVAC systems. The automated fault detection is based on a residual analysis of the predicted total heating power and the actual total heating power using an algorithm that aims to find an optimal decision rule for the determination of faults. The data for this study was provided by a detailed simulation of a residential case study house. A machine learning model and an ARX model predict the building operation. The model for fault detection is trained on a fault-free data set and then tested with a faulty operation. The algorithm for an optimal decision rule uses various statistical tests of residual properties such as the Sign Test, the Turning Point Test, the Box-Pierce Test and the Bartels-Rank Test. The results show that it is possible to predict faults for both known faults and unknown faults. The challenge is to find the optimal algorithm to determine the best decision rules. In the outlook of this study, further methods are presented that aim to solve this challenge.}, language = {en} } @inproceedings{ParzingerWellischHanfstaengletal.2020, author = {Parzinger, Michael and Wellisch, Ulrich and Hanfstaengl, Lucia and Sigg, Ferdinand and Wirnsberger, Markus and Spindler, Uli}, title = {Identifying faults in the building system based on model prediction and residuum analysis}, series = {E3S Web of Conferences, 12th Nordic Symposium on Building Physics (NSB 2020)}, volume = {172}, booktitle = {E3S Web of Conferences, 12th Nordic Symposium on Building Physics (NSB 2020)}, pages = {22001}, year = {2020}, abstract = {The energy efficiency of the building HVAC systems can be improved when faults in the running system are known. To this day, there are no cost-efficient, automatic methods that detect faults of the building HVAC systems to a satisfactory degree. This study induces a new method for fault detection that can replace a graphical, user-subjective evaluation of a building data measured on site with an automatic, data-based approach. This method can be a step towards cost-effective monitoring. For this research, the data from a detailed simulation of a residential case study house was used to compare a faultless operation of a building with a faulty operation. We argue that one can detect faults by analysing the properties of residuals of the prediction to the actual data. A machine learning model and an ARX model predict the building operation, and the method employs various statistical tests such as the Sign Test, the Turning Point Test, the Box-Pierce Test and the Bartels-Rank Test. The results show that the amount of data, the type and density of system faults significantly affect the accuracy of the prediction of faults. It became apparent that the challenge is to find a decision rule for the best combination of statistical tests on residuals to predict a fault.}, language = {en} } @techreport{KrauseAimerWirnsbergeretal.2021, author = {Krause, Harald and Aimer, Dominik and Wirnsberger, Markus and Heiler, Sarah and Park, Summe}, title = {Untersuchung kosteng{\"u}nstiger L{\"u}ftungsl{\"o}sungen f{\"u}r den mehrgeschossigen Wohnungsbau hinsichtlich Energieeffizienz, L{\"u}ftungseffektivit{\"a}t und Nutzerkomfort in gekoppelten Labor- und Simulationsumgebungen}, series = {BBSR-Online-Publikation}, journal = {BBSR-Online-Publikation}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:861-opus4-18591}, pages = {165}, year = {2021}, abstract = {Die DIN 1946 Teil 6: L{\"u}ftung von Wohnungen wurde 2019 novelliert. Konnte nach der bisherigen Norm f{\"u}r eine Nutzungseinheit nur eine Art von L{\"u}ftungssystem verwendet werden, ist in der Neuauflage nun auch die Kombination unterschiedlicher L{\"u}ftungssysteme in einer Nutzungseinheit zul{\"a}ssig. Bisher stehen hierf{\"u}r allerding keine Auslegungsgrundlagen zur Verf{\"u}gung. Die einzelnen L{\"u}ftungssysteme k{\"o}nnen nach Norm ausgelegt werden, jedoch werden hierbei nicht die Wechselwirkungen zwischen den Systemen ber{\"u}cksichtigt. Solche Auslegungsgrundlagen wurden im vorliegenden Forschungsprojekt erarbeitet. Da die Effektivit{\"a}t und die Akzeptanz von Wohnungsl{\"u}ftungssystemen von vielen Faktoren abh{\"a}ngig sind, wurden neben den l{\"u}ftungstechnischen Leistungskriterien, wie Luftqualit{\"a}t und L{\"u}ftungsw{\"a}rmeverluste, auch noch weitere Aspekte betrachtet. F{\"u}r die Bewertung der L{\"u}ftungskonzepte wurde sowohl eine Analyse der Gesamtkosten f{\"u}r einen Zeitraum von 30 Jahren als auch eine Bewertung der thermischen Behaglichkeit durchgef{\"u}hrt. In einer Nutzerakzeptanzstudie wurden die Akzeptanz der Nutzer von unterschiedlichen L{\"u}ftungssystem, als auch das allgemein verf{\"u}gbare Wissen {\"u}ber Wohnungsl{\"u}ftung ermittelt. F{\"u}r die Untersuchung der L{\"u}ftungseigenschaften und der Wechselwirkungen der unterschiedlichen L{\"u}ftungssysteme untereinander wurden sowohl ein Multizonen-, als auch ein zonales Simulationsmodell mithilfe von Messergebnissen validiert. Diese Messungen wurden in der Forschungswohnung an der Technischen Hochschule Rosenheim durchgef{\"u}hrt. Mit den Simulationsmodellen wurde mit einer Jahressimulation das Verhalten der L{\"u}ftungssysteme f{\"u}r drei verschiedene Grundrisse ermittelt und mit zuvor festgelegten Kriterien das L{\"u}ftungsverhalten bzgl. Luftqualit{\"a}t und Energieeffizient bewertet. Es konnten so Dimensionierungsempfehlungen f{\"u}r {\"u}berlagerte L{\"u}ftungskonzepte erarbeitet werden. Zus{\"a}tzlich wurden die in Deutschland {\"u}blicherweise verwendeten L{\"u}ftungskonzepte anhand von weiteren Kriterien bewertet.}, language = {de} } @inproceedings{SchneiderDaumeNeumeyeretal.2021, author = {Schneider, S. and Daume, D. and Neumeyer, T. and Pflaum, D. and Schulze, A. and H{\"u}ttl, B.}, title = {Charakterisierung von PV-Generatoren bei variabler Bestrahlungsst{\"a}rke und Temperatur - Zwischenbericht zum Projekt PV-FeldLab}, series = {Tagungsband der 4. Regenerativen Energietechnik Konferenz (RET.Con)}, booktitle = {Tagungsband der 4. Regenerativen Energietechnik Konferenz (RET.Con)}, isbn = {978-3-940820-17-4}, pages = {86 -- 95}, year = {2021}, language = {de} }