Was ist Twin²Sim?

Twin²Sim ist ein Versuchsgebäude der Fachhochschule Salzburg am Standort Kuchl. Twin²Sim besteht aus einem Prüfstand für Gebäudehüllen, einem Versuchsgebäude und einer Manipulationshalle.

Twin²Sim: Multifunktionaler Prüfstand

Das Projekt dient der ganzheitlichen Untersuchung komplexer Gebäudehüllen und Gebäudetechnik im Rahmen eines multifunktionalen Prüfstandes für Fassaden (Kurzzeituntersuchungen von 3–9 Monaten) und eines Versuchsgebäudes, bei dem die zuvor charakterisierten Fassadenbauteile langfristig (über 9 Monate) ebenso wie Einrichtungen der Gebäudetechnik im Zusammenwirken mit dem Raum und den Nutzer*innen evaluiert werden können. Nach der Vermessung ist die Simulation und Modellbildung und damit die Weiterentwicklung am digitalen Zwilling möglich, was hilft, zukünftige Entwicklungskosten durch die Reduktion physischer Prototypen zu senken. Erst zum zweiten Mal in Österreich erlaubt die Einrichtung die Messung des Schalldämmmaßes von Bauteilen in einem Prüfstand in Holzbauweise und erstmalig auch die Messung der Schalllängsleitung. Diese Funktion ist besonders für die Entwicklung leichter (Holz-)Bauteile signifikant, da für solche Bauteile keine Berechnungsmöglichkeiten vorliegen und die Simulation noch ausschließlich Forschungscharakter hat.
Zunehmend komplexe Systeme benötigen komplexe multiphysikalische Untersuchungen und ebensolche Simulationsmodelle, was mit Prüfständen nach normierten Verfahren nur eingeschränkt bewerkstelligt werden kann. Diese zielen gerade auf die Isolation eines Phänomens ab und nicht auf die Analyse mehrerer Phänomene im selben Versuch oder zumindest am selben physischen Versuchsaufbau bzw. Prototyp. Twin²Sim dient der multiphysikalischen Untersuchung und Forschung, um das Verhalten von gebäudetechnischen Anlagen und Komponenten, Bauteilen der Gebäudehüllen, multifunktionalen Gebäudehüllen und der zugehörigen Regelung und Steuerung zu untersuchen. Multifunktionale Gebäudehüllen beinhalten gebäudetechnische Komponenten, z. B. für die Energiegewinnung oder Raumlüftung.
Die Bauaufgaben umfassen Neubau, Nachverdichtung und Sanierung. Auch im Bestand können mit vorgefertigten Fassaden in kurzer Zeit Gebäude energetisch optimiert und auf erneuerbare Energien umgestellt werden.

Simulation am digitalen Zwilling

Mit dem Know-how des Zentrums werden Bauteile und Systeme durch geeignete Modelle mittels Simulationen in der Gebäudetechnik und Anlagentechnik abgebildet. Weitere Entwicklungsschritte können in Folge an diesen digitalen Zwillingen modelliert werden. Diese Vorgangsweise ersetzt keine normierten Prüfungen, erspart aber deren mehrmalige Durchführung im Zuge der Entwicklung. Twin²Sim wird in geförderten Forschungsprojekten und in der Auftragsforschung eingesetzt.

Technische Daten

Angaben zu technischen Daten und Messtechnik finden Sie hier.

Prüfstand für Gebäudehüllen

Der Prüfstand ist ein eigenes kleines Gebäude in Massivholzbauweise am Dach des Versuchsgebäudes, das aus einem Technikraum und zwei Versuchsräumen (den „Twins“) besteht, die beide eine gänzlich tauschbare Fassade aufweisen (das Prüffeld). Die Räume sind mit einer schaltechnisch hochwertigen Trennwand getrennt.
Die Gebäudehülle des Prüfstandes weist sehr hohe Qualitäten hinsichtlich Wärmeschutzes (U < 0,1 W/m²K), Luftdichtheit (n50 < 0,3 h-1) und Schallschutz auf und ist zur Reduktion der Einflüsse der solaren Einstrahlung mit einer weißen Faserzementfassade verkleidet. Die äußere Hülle der beiden Versuchsräume wird in zwei Ebenen beheizt bzw. gekühlt, wobei die äußere Ebene quasi-adiabate Zustände erzeugt und die innere der genauen Regelung der Raumtemperatur dient. Die beiden Prüffelder können gekoppelt werden. Messungen erfolgen gegen das Außenklima.

Der Prüfstand am Dach des Versuchsgebäudes ist drehbar und kann der Sonne nachgeführt werden, um auch in einem vergleichsweise kurzen Untersuchungszeitraum von wenigen Wochen bis Monaten unterschiedliche solare Einstrahlung aus dem Sonnenverlauf in Versuchen verwenden zu können.
Der Prüfstand dient der Untersuchung von Behaglichkeit, Schalldämmmaß und Schalllängsleitung, Wärme- und Feuchteschutz, Bauteilaktivierung, Luftströmung und Lüftung, Tages- und Kunstlicht sowie integrierter Gebäudetechnik, die aus dem Prüfstand versorgt wird.

Beispielhafte Untersuchungsziele	Versuchsdesign
Behaglichkeit	Messungen von Raumzuständen mit Behaglichkeitssonden unter wechselnden Außenbedingungen und Zuständen des Prüflings und der integrierten gebäudetechnischen Komponenten
Wärme- & Feuchteschutz	Messungen von Temperaturen, Wärmestrom, Stoff- und Luftfeuchte am Bauteil und in Bauteilschichten sowie thermohygrischen Raumzuständen unter wechselnden Außenbedingungen und Zuständen des Prüflings und der integrierten gebäudetechnischen Komponenten
Bauteilaktivierung	Messungen von Temperaturen, Wärmestrom, Massenstrom von Fluiden am Bauteil und in Bauteilschichten sowie thermohygrischen Raumzuständen unter wechselnden Außenbedingungen und Zuständen des Prüflings und der integrierten gebäudetechnischen Komponenten. Implementierung von Regelstrategien zu energieflexiblem Betrieb.
Luftströmung & Lüftung	Messungen von thermohygrischen Raumzuständen mit Behaglichkeitssonden sowie Messung von Strömungen an und in Bauteilen oder gebäudetechnische Messungen von Raumzuständen
Tages- und Kunstlicht	Messungen von Strahlungskennwerten (Beleuchtungsstärkeverteilung, Globalstrahlungsverteilung) sowie Temperaturen und Wärmestrom am Bauteil und in Bauteilschichten unter wechselnden Außenbedingungen und Zuständen des Prüflings und der integrierten gebäudetechnischen Komponenten
Schallschutz und -längsleitung	Messungen des In-Situ-Schalldämmaßes von Bauteilen im Prüffeld sowie der Schalllängsleitung über den Prüfling von einem zum nächsten Versuchsraum
Sämtliche Untersuchungen werden unter laufender Erfassung der versuchsrelevanten Umgebungsbedingungen durchgeführt und sämtliche Daten in einer Datenbank erfasst und für zumindest fünf Jahre gespeichert.
Die Untersuchungen sind nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt, sondern können für die jeweilige Forschungsfrage flexibel angepasst werden.
Aufgrund Bauweise und Drehbarkeit ist das Gewicht der Prüflinge auf 1.250 kg/m beschränkt.

Versuchsgebäude

Das Versuchsgebäude wird als Bürogebäude genutzt und verfügt über vier Prüfräume und ein Multifunktionslabor.
Zwei Prüfräume dienen vorwiegend der Untersuchung gebäudetechnischer Anlagen und ihrer Auswirkungen auf Menschen und Raum. Untersuchungsziele sind Behaglichkeit, Bauteilaktivierung, Luftströmung & Lüftung, Heizung & Kühlung, unterschiedliche Abgabesysteme, wie z.B. thermisch aktive Bauteile aus Beton und Massivholz, integrierte Gebäudetechnik und Automation.
Bei den beiden anderen Prüfräumen können die Fassaden gänzlich demontiert und – bei gleichen Abmessungen wie im Prüfstand – getauscht werden. Hier können Prüflinge über längere Zeit und in Wechselwirkung mit dem Raum untersucht werden.
Der fünfte Raum dient als Multifunktionslabor für Kleinversuche und Messungen an kleinen Prototypen oder Geräten.

Beispielhafte Untersuchungsziele	Versuchsdesign
Behaglichkeit	Messungen von Raumzuständen mit Behaglichkeitssonden unter wechselnden Außenbedingungen und Zuständen des Prüflings und/oder der integrierten gebäudetechnischen Komponenten: thermische, hygrische und visuelle Komfortparameter werden untersucht
Energieflexibilität	Untersuchung von Regelalgorithmen hinsichtlich energieflexiblen Betriebes mittels unterschiedlicher Signale (Strompreissignal, PV, Windstrom, …)
Gesamtenergieeffizienz Jalousie	Messung des Einflusses der Jalousienstellung und -steuerung auf den Energiebedarf von Heizung, Kühlung und Beleuchtung
Gesamtenergieeffizienz Lüftung	Messung des Einflusses der Lüftung und -steuerung auf den Energiebedarf von Heizung und Kühlung in Abhängigkeit der verschiedenen Abgabesystemen (Bauteilaktivierung Wand und/oder Decke, Unterflurkonvektoren, Heiz- bzw. Kühlwände)
Gesamtenergieeffizienz Abgabesysteme	Messung des Einflusses der verschiedenen Abgabesysteme und deren Regelung auf den Energiebedarf von Heizung und Kühlung (Bauteilaktivierung Wand und/oder Decke, Unterflurkonvektoren, Heiz- bzw. Kühlwände)

Multifunktions-Labor

Beispielhafte Untersuchungsziele	Versuchsdesign
Kleinversuche und -prototypen	Versuche und Messreihen an kleinen Prototypen insbesondere zur Vorbereitung großformatiger Prototypen und/oder langfristiger Untersuchungen
Nutzung als Wohnraum	Das Labor kann zu einem Schlaf- oder Wohnraum umgestaltet und die Raumhöhe durch den Einbau abgehängter Decken reduziert werden. Damit kann neben der Büro- auch eine simulierte Wohnnutzung praxisnah untersucht werden.
Behaglichkeit	Messungen von Raumzuständen mit Behaglichkeitssonden unter wechselnden Außenbedingungen und Zuständen des Prüflings und der integrierten gebäudetechnischen Komponenten
Dachflächen Bürogebäude
Aufgeständerte Photovoltaik	Untersuchung von Leistung und Ertrag unter wechselnden Außenbedingungen z. B. in Kombination mit simulierter Retention (Verdunstungskühlung) durch Einbau von Rückhaltewannen
Aufgeständerte Solarthermie	Untersuchung von Leistung und Ertrag unter wechselnden Außenbedingungen z.B. in Kombination mit wechselnden Lasten, Bauteilaktivierung Beton und Massivholz und Pufferspeichern
Aufgeständerte Solarthermie	Nutzung als Rückkühlung unter wechselnden Außenbedingungen
Plattenförmige oder auf Platten aufgebrachte Bauteile	Alterungsverhalten und Bewitterung
Fassadenflächen Bürogebäude
Fassadenbauteile hinterlüfteter Fassaden	Alterungsverhalten und Bewitterung
Fassadenbauteile hinterlüfteter Fassaden	Auswirkung auf Konstruktion (Wärme und Feuchte) und Innenraum
Gebäudeintegrierte Photovoltaik	Untersuchung von Leistung und Ertrag unter wechselnden Außenbedingungen sowie Auswirkung auf Konstruktion (Wärme und Feuchte) und Innenraum
Gebäudeintegrierte Solarthermie	Untersuchung von Leistung und Ertrag unter wechselnden Außenbedingungen sowie Auswirkung auf Konstruktion (Wärme und Feuchte) und Innenraum

Fassaden- und Dachflächen

An der Südfassade des Versuchsgebäudes ist die gesamte Fassadenverkleidung demontabel und kann gegen Prüflinge wie Photovoltaik, Solarthermie oder z.B. zu Bewitterungsversuchen flexibel als hinterlüftete Fassade genutzt werden. Damit stehen abzüglich der Prüffelder weitere ca. 65 m² als Versuchsflächen zur Verfügung. Vorrichtungen zur einfachen Versorgung mit Messtechnik sind vorgesehen.
Die Ost-, West- und Südfassade der Manipulation kann mit Prüflingen versehen werden, die kein beheiztes Volumen dahinter haben sollen. Für solche Versuche stehen zusammen ca. 180 m² zur Verfügung.
Am Dach des Bürogebäudes dient eine bekieste Fläche für Außenversuche unterschiedlichster Art. Vorrichtungen zur einfachen Versorgung mit Messtechnik sind vorgesehen.

Manipulations-Gebäude

In der Manipulation befinden sich eine kleine Montagehalle, ein Werkzeuglager, je ein Technikraum im Erd- und Obergeschoß und ein Lager im Obergeschoß.
In der Manipulationshalle werden Prototypen gebaut oder externe angelieferte Prototypen mit Messtechnik versehen.
Die Manipulationshalle dient dem Bau und der Vorbereitung von Versuchsobjekten (Prüflingen) und als Lagerfläche für Versuchsobjekte und Prototypen.

Plattenförmige oder auf Platten aufgebrachte Bauteile	Alterungsverhalten und Bewitterung
Gebäudeintegrierte Photovoltaik	Untersuchung von Leistung und Ertrag unter wechselnden Außenbedingungen ohne Einfluss eines beheizten Gebäudes
Gebäudeintegrierte Solarthermie	Untersuchung von Leistung und Ertrag unter wechselnden Außenbedingungen ohne Einfluss eines beheizten Gebäudes
Sämtliche Untersuchungen werden unter laufender Erfassung der versuchsrelevanten Umgebungsbedingungen durchgeführt und sämtliche Daten in einer Datenbank erfasst und für zumindest fünf Jahre gespeichert.
Die Untersuchungen sind nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt, sondern können für die jeweilige Forschungsfrage flexibel angepasst werden.
Aufgrund der Bauweise kann das Gewicht der Prüflinge beschränkt sein.

Inkubator für die Wirtschaft

Die Einrichtung versteht sich als Inkubator für F&E und Wirtschaft, insbesondere für KMU ohne eigene Forschungseinrichtungen, und steht Unternehmen z.B. im Rahmen kooperativer Forschungsprojekte diskriminierungsfrei zur Verfügung.

Förderung und Sponsoring

Ergänzend zur Förderung durch das Land Salzburg konnten wir eine Reihe von Sponsor*innen finden, die uns durch Nachlässe und/oder Sachspenden unterstützt haben.