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Neues IEQ-Lab am Hermann-Rietschel-Institut der TU Berlin verbindet Klimaraum und Virtual Reality und erforscht, wie sich Energieeffizienz, Gesundheit und Komfort in Gebäuden zusammenbringen lassen
Wie warm soll ein Raum sein, wie viel Licht brauchen wir und wann empfinden wir die Luft als angenehm? Im neuen IEQ-Lab des Hermann-Rietschel-Instituts (HRI) der TU Berlin können solche Fragen unter genau kontrollierten und zugleich realitätsnahen Bedingungen untersucht werden. Das Labor verbindet dafür einen hochflexiblen Klimaraum mit Virtual Reality. Temperatur, Luft, Licht und die visuelle Gestaltung eines Raumes lassen sich gezielt verändern und miteinander kombinieren. So können Forscher*innen untersuchen, wie unterschiedliche Bedingungen auf Gesundheit, Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit wirken – und wie Gebäude künftig zugleich komfortabel, gesund und energieeffizient geplant werden können.
Virtuelle Räume, reales Klima
Die Besonderheit des Labors liegt in der engen Kopplung von Virtual Reality und real erzeugten Raumbedingungen. Versuchspersonen sehen durch eine VR-Brille beispielsweise einen Büroraum mit bestimmten Fenstern, Lichtverhältnissen oder Raumgeometrien. Gleichzeitig erzeugt der Klimaraum genau die dazu passenden thermischen Bedingungen. Öffnet eine Versuchsperson in der virtuellen Realität beispielsweise ein Fenster, spürt sie unmittelbar den damit einhergehenden Luftzug – und zwar aus genau der Richtung, aus der er auch im virtuellen Raum kommt.
54 einzeln regelbare Oberflächenmodule an Wänden und Decke können dafür geheizt oder gekühlt werden. Elektrische Heiztextilien und wassergeführte Kapillarrohrmatten ermöglichen schnelle Temperaturänderungen. Innerhalb von nur 30 Sekunden können sich die Oberflächentemperaturen um bis zu fünf Kelvin verändern. Eine leistungsfähige Klimaanlage erlaubt darüber hinaus die präzise Einstellung von Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftströmung. Auch unterschiedliche Lüftungsformen wie Misch- und Quelllüftung können nachgebildet werden.
Parallel dazu erfassen zahlreiche Sensoren unter anderem Luft- und operative Temperatur, Luftfeuchtigkeit, CO₂-Konzentration und Beleuchtungsstärke. Auf diese Weise können thermische, visuelle und lufthygienische Einflüsse sowohl einzeln als auch in ihrem Zusammenspiel untersucht und mit der Wahrnehmung der Proband*innen verknüpft werden.
„Der große Vorteil des IEQ-Labs ist, dass wir Innenräume unter genau kontrollierten Bedingungen realitätsnah untersuchen können. Thermische, visuelle und akustische Bedingungen sowie die Luftqualität lassen sich gezielt und reproduzierbar verändern – und mit ganz unterschiedlichen virtuellen Raumkonzepten kombinieren. Das ist in Feldstudien nur eingeschränkt möglich. So können wir systematisch untersuchen, wie verschiedene Raumkonzepte auf den Menschen wirken und wie sich dabei zugleich die Energieeffizienz optimieren lässt“, sagt Lukas Schmitt.
Wann ist ein Raum wirklich gut?
Das Labor ist Teil eines grundlegenderen Forschungsansatzes des Projekts EnOB: GEnEff (Neuartige Bewertung der Gebäudeenergieeffizienz). Bislang wird die Energieeffizienz eines Gebäudes vor allem daran gemessen, wie viel Energie es im Betrieb benötigt. Welchen Komfort und welche Innenraumqualität dieser Energieeinsatz für die Menschen tatsächlich erzeugt, wird dagegen nur eingeschränkt berücksichtigt. Das Forschungsteam am HRI hat deshalb einen Ansatz entwickelt, der beide Seiten miteinander verbindet. Die sogenannte GEnEff-Kennzahl setzt die Wahrscheinlichkeit, dass Nutzer*innen das Innenraumklima akzeptieren, ins Verhältnis zum dafür notwendigen spezifischen Energiebedarf.
Energieeffizienz soll damit nicht mehr allein anhand des Verbrauchs beurteilt werden, sondern auch anhand des tatsächlich erzielten Nutzens für die Menschen im Gebäude.
Wie wichtig diese Perspektive ist, zeigte bereits eine Befragung in zwei nachhaltig zertifizierten Bürogebäuden. Zwischen dokumentierten Zertifizierungswerten und der tatsächlichen Wahrnehmung der Nutzer*innen fanden die Forschenden teilweise Abweichungen von bis zu 50 Prozent – insbesondere bei der Raumluftqualität und den Möglichkeiten, das Raumklima selbst zu beeinflussen.
Temperatur verändert auch die Wahrnehmung der Luft
Im IEQ-Lab wurde der neue Ansatz bereits in einer Studie mit Proband*innen erprobt. Dabei kombinierten die Forschenden unterschiedliche operative Temperaturen zwischen 20 und 28 Grad Celsius mit verschiedenen Beleuchtungsstärken, während Luftqualität und Akustik konstant gehalten wurden.
Die Ergebnisse zeigen, wie eng die einzelnen Faktoren der Innenraumqualität miteinander verbunden sind. So wurden warme Räume von den Versuchspersonen als Räume mit schlechterer Luftqualität wahrgenommen – unabhängig davon, wie hoch der tatsächliche CO₂-Gehalt war. In der Untersuchung hatte die thermische Behaglichkeit mit 33 Prozent den größten Einfluss auf die Gesamtbewertung des Raums. Es folgten die wahrgenommene Raumluftqualität mit 26 Prozent, die visuelle Behaglichkeit mit 23 Prozent und die Akustik mit 18 Prozent.
Eine anschließende Feldstudie an 16 Arbeits- und Wohnorten bestätigte, dass sich die im Labor gewonnenen Erkenntnisse auch auf reale Gebäude übertragen lassen. Die im IEQ-Lab entwickelte Komfortfunktion sagte die Bewertung der Innenraumqualität in 81 Prozent der untersuchten Fälle richtig voraus.
Energie sparen, ohne an Raumqualität zu verlieren
Mit dem IEQ-Lab steht der TU Berlin nun eine Forschungsinfrastruktur zur Verfügung, mit der sich das Zusammenspiel von Mensch, Gebäude und Energieverbrauch wesentlich differenzierter untersuchen lässt. Künftig können weitere Einflussgrößen der Innenraumqualität integriert und unterschiedliche Gebäudekonzepte bereits unter Laborbedingungen erprobt werden.
Die Forschung ist insbesondere mit Blick auf Klimawandel und steigende Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden relevant. Denn ein möglichst niedriger Energiebedarf allein macht noch kein gutes Gebäude. Entscheidend ist vielmehr, mit möglichst wenig Energie eine hohe Qualität des Innenraums zu erreichen. Die im Projekt entwickelten Methoden könnten deshalb langfristig auch für Zertifizierungsverfahren, Normen und Richtlinien interessant werden. Ziel ist eine Gebäudeplanung, bei der Energieeinsparungen nicht zulasten von Gesundheit, Komfort und Zufriedenheit der Nutzer*innen gehen.
Auch über das GEnEff-Projekt hinaus soll das IEQ-Lab für Forschungs- und Entwicklungsprojekte sowie in der universitären Lehre eingesetzt werden. Es schafft damit neue Möglichkeiten, die Gebäude der Zukunft aus der Perspektive der Menschen zu entwickeln, die sich täglich in ihnen aufhalten.
Das IEQ-Lab ist im Forschungsprojekt „EnOB: GEnEff“ entstanden, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert wurde. Beteiligt war neben dem Hermann-Rietschel-Institut der TU Berlin das Fachgebiet Versorgungsplanung und Versorgungstechnik der Universität der Künste Berlin unter Leitung von Prof. Dr. Christoph Nytsch-Geusen.
Kontakt
Prof. Dr. Martin Kriegel
Fachgebietsleitung Energie, Komfort und Gesundheit in Gebäuden
Hermann-Rietschel-Institut
Fakultät III – Prozesswissenschaften
E-Mail: m.kriegel@tu-berlin.de
Lukas Schmitt
E-Mail: lukas.schmitt@tu-berlin.de
Criteria of this press release:
Journalists
Construction / architecture, Information technology
transregional, national
Research projects
German
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