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Masterarbeit am Institut für Akustik und Bauphysik

Kontext und Zielsetzung

Die mittlere Strahlungstemperatur (T_mrt) ist eine zentrale Kenngröße zur Beurteilung thermischer Belastungen im Rahmen der Stadtbauphysik und Humanbiometeorologie. Gerade im urbanen Umfeld, wo bauliche Strukturen, Materialität und Verschattung den Strahlungshaushalt stark beeinflussen, ist die präzise Erfassung von Tmrt eine Herausforderung, insbesondere unter Freilandbedingungen.

Ziel dieser Arbeit ist es, bestehende und neu entwickelte Messmethoden zur Bestimmung von Tmrt im urbanen Raum zu analysieren, zu vergleichen und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit, Genauigkeit und Praktikabilität zu bewerten. Im Fokus stehen dabei auch die Entwicklung kostengünstiger Prototypen, die im Rahmen aktueller Forschungsprojekte wie „SciWalK – Science Walk Klimaanpassung und Biodiversität“ erprobt werden können.

Aufgaben

• Einarbeitung in den aktuellen Stand der Forschung zur Bestimmung der mittleren Strahlungstemperatur (Tmrt) anhand von Freifeldmessungen
• Recherche und Analyse bestehender Messmethoden und Geräte (z. B. Globe-Thermometer, Sensoren für gerichtete Strahlungsmessungen)
• Durchführung eines Methodenvergleichs durch Messkampagnen im Freiland. Fokus: Low-Budget Prototypen
• Evaluation und Validierung der Messergebnisse (z.B. Excel) und Abgleich mit Simulationsprogrammen (z. B. ENVI-met)
• Einordnung des Einflusses zwischen Tmrt und verschiedenen biometeorologischen Belastungsindikatoren (z. B. PET, UTCI)
• Entwicklung von Handlungsempfehlungen für den Einsatz einfacher Tmrt-Messsysteme im urbanen Kontext

Voraussetzungen

• Interesse an Stadtklima, Umweltmessungen und Humanbiometeorologie
• Grundkenntnisse in Messtechnik und Stadtbauphysik von Vorteil
• Wünschenswert: Erfahrung in Elektrotechnik oder Programmierung (z. B. Arduino, Raspberry Pi)
• Sicherer Umgang mit Excel, idealerweise erste Erfahrungen mit ENVI-met
• Selbstständige und praxisorientierte Arbeitsweise, Interesse und zeitliche Kapazität für Freilandmessungen vor Ort in Stuttgart

Ansprechpartner: Claudia Lüling
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Veröffentlicht: 08.08.2025

Masterarbeit am Institut für Akustik und Bauphysik

Hintergrund
In urbanen Räumen gewinnen die Förderung der Biodiversität und die Erweiterung der ökologischen Funktionen von Gebäuden zunehmend an Bedeutung. Wildbienen zählen zu den wichtigsten Bestäubern im urbanen Ökosystem. Um diese gezielt zu fördern, geeignete Nistplätze und günstigen mikroklimatischen Bedingungen notwendig.

Ziel der Arbeit
Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss mikroklimatischer Parameter auf die Besiedlung-/Brutaktivität von Wildbienen in fassadenintegrierten Nisthilfen zu analysieren. Dabei sollen insbesondere die Parameter Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Globalstrahlung betrachtet werden. Die Erkenntnisse sollen einen Beitrag zur Optimierung der Habitat-Gestaltung und deren Integration in die Gebäudehülle leisten sowie die mikroklimatischen Rahmenbedingungen für artenfördernde Fassadengestaltung besser zu verstehen.

Untersuchungsdesign und Methodik

• Betrachtet werden drei unterschiedliche Testbauten, an denen jeweils drei Varianten von Habitat-Systemen für Insekten an verschiedenen Fassadenausrichtungen (Süd, Ost, Nord) installiert sind. Der Fokus liegt auf der Analyse der Wildbienen Nisthilfen. Als vierte Nisthilfe ist eine Referenzsystem in unmittelbarer Umgebung zu analysieren.

Es sollen folgende Untersuchungen durchgeführt werden:

1. Auswertung der vorliegenden Messdaten
   • Es stehen umfangreiche Messdaten aus einem laufenden Forschungsprojekt zur Verfügung, darunter:
   • Lufttemperatur und relative Feuchte innerhalb der Nisthilfen
   • Oberflächentemperatur der verschiedenen Materialien der Nisthilfe
   • Wetterdaten aus der unmittelbaren Umgebung

Die hinsichtlich der Aufgabenstellung relevanten Daten sollen ausgewertet und mit den vorliegenden Daten zur Besiedlung-/Brutaktivität abgeglichen werden.

2. Eigenständige Messung der Globalstrahlung vor den Nisthilfen, Validierung dieser mithilfe der vorliegenden Wetterdaten aus der unmittelbaren Umgebung. Der Messaufbau (Sensorik, Positionierung, Zeitraum) ist im Rahmen der Arbeit zu dokumentieren und zu begründen. Untersuchung auf einen Zusammenhang zwischen Globalstrahlung und Besiedlung-/Brutaktivität.
3. Untersuchung auf Zusammenhänge der Besiedlung-/Brutaktivität mit Parametern wie Ausrichtung, Verschattung, Materialität der Fassade

• Es erfolgt ein Vergleich der unterschiedlichen Nisthilfen hinsichtlich ihres Erfolgs bzgl. der Besiedlungs-/Brutaktivität
• Abschließend erfolgt eine Bewertung der Ergebnisse und eine Diskussion möglicher Einflussfaktoren und Optimierungsansätze und der Positionierung der Systeme im Stadtraum

Ansprechpartner: Daniela Schätzel
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Veröffentlicht: 08.08.2025

Masterarbeit am Institut für Akustik und Bauphysik

Hintergrund
Fassadenintegrierte Habitat-Systeme können einen wichtigen Beitrag zur Förderung der Biodiversität in urbanen Räumen leisten. Ihre Integration in die Gebäudehülle wirft jedoch bauphysikalische Fragestellungen auf, insbesondere im Hinblick auf mögliche Wärmebrückeneffekte. Diese können die thermische Qualität der Gebäudehülle beeinflussen und relevante Auswirkungen auf den Heiz- und Kühlbedarf sowie auf das Risiko von Tauwasser- und Schimmelbildung haben.

Ziel der Arbeit
Ziel der Arbeit ist es, die Wärmebrückenwirkung fassadenintegrierter Habitat-Systeme an drei Testbauten zu untersuchen. Dabei sollen sowohl bauphysikalische Messdaten als auch simulative Methoden herangezogen werden, um die Auswirkungen der Systeme auf den Wärmestrom und die Feuchteprozesse im Bauteil zu analysieren und zu bewerten. Die Arbeit soll Erkenntnisse über den Einfluss fassadenintegrierter Habitat-Systeme auf die thermische Gebäudehülle liefern und eine Grundlage für weiterführende Konstruktions- und Optimierungsansätze im Bereich der biodiversitätsfördernden Fassadentechnologie schaffen.

Untersuchungsdesign und Methodik

• Betrachtet werden drei unterschiedliche Testbauten, an denen jeweils drei Varianten von Habitat-Systemen an verschiedenen Fassadenausrichtungen (Süd, Ost, Nord) installiert sind.

1. Es sollen die folgenden Wärmebrückenanalysen durchgeführt werden:
   • Simulationen der Wärmebrückenwirkung der integrierten Systeme und Berechnung relevanter Kennwerte (z. B. Ψ-Wert, Temperaturfaktor) mit einem Wärmebrückenprogramm (z.B. Psi-Therm oder Flixo)
   • Simulationen der Habitat-Systeme als Teil der Gebäudehülle mit dem Programm WUFI® (WUFI Plus) zur detaillierten Analyse des Wärme- und Feuchtetransports im Bereich der Systeme sowie der Auswirkungen auf den Energiebedarf.
2. Abgleich der Simulation mit Messdaten:

Es stehen umfangreiche Messdaten für die Testbauten aus einem laufenden Forschungsprojekt zur Verfügung, darunter:

• Oberflächentemperaturen innen und außen
• Daten zum Außenraumklima (Lufttemperatur, Strahlung)
• Daten zum Innenraumklima (Lufttemperatur, relative Feuchtigkeit?)

Diese hinsichtlich der Aufgabenstellung relevanten Daten sollen ausgewertet und mit den Ergebnissen aus der Simulation abgeglichen werden.

• Es erfolgt ein Vergleich der drei Habitat-Varianten hinsichtlich ihres Einflusses auf die thermische Gebäudehülle. Hierbei werden die unterschiedlichen Systeme und Testbauten hinsichtlich ihrer bauphysikalischen Leistungsfähigkeit verglichen.
• Abschließend erfolgt eine Bewertung der Wärmebrückeneffekte und möglicher Risiken auf Grundlage simulativer und ausgewerteter Ergebnisse und eine
• Diskussion möglicher Optimierungsansätze für die bauphysikalische Integration von Habitat-Systemen in Fassaden.

Ansprechpartner: Daniela Schätzel
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Veröffentlicht: 08.08.2025

Bachelorarbeit am Fraunhofer-IBP

Kontext – Relevanz

Mit der Softwarefamilie WUFI^® ist ein weltweit angewendetes Programmsystem entwickelt worden, mit dem hygrothermische Fragestellungen mit guter Übereinstimmung zur Realität beantwortet werden können. Aufgrund deutlich unterschiedlicher Transportkoeffizienten für den Saugvorgang und die Weiterverteilung muss bei der Berechnung im Programm entschieden werden, welcher Transportmechanismen vorliegt. Um den rechnerischen Aufwand zu beschränken, wird derzeit ein ganz einfacher Ansatz gewählt. Immer dann, wenn die Fassade beregnet wird, werden für den gesamten Aufbau die Transportkoeffizienten für den Saugvorgang angesetzt und ohne Beregnung die für die Weiterverteilung. Da in Deutschland die Beregnungszeiten weniger als 4 % ausmachen, ergibt sich dadurch meist nur ein relativ geringer Fehler. Dies ändert sich bei Berechnungen für Gegenden mit deutlich höheren Regenzeiten. Hinzu kommt, dass immer häufiger kapillaraktive Dämmstoffe eingesetzt werden, die sowohl als Außen- wie auch als Innendämmung Verwendung finden. Sofern man nicht für das gleiche Material abhängig von dessen Einsatz unterschiedliche Kennwerte verwendet, kann dies bei Innendämmungen zu unrealistischen Ergebnissen führen.

Erkenntnisinteresse – Zieldefinition – Art der Arbeit

Kann bei hygrothermischen Berechnungen die Übereinstimmung mit der Realität durch Anpassung der messtechnisch ermittelten Kapillartransportkoeffizienten verbessert werden? Kann der neu entwickelte Ansatz für die unterschiedlichen Innen- und Außenrandbedingungen sowie Konstruktionen Verbesserung bringen?

Methodik – Arbeitspakete

Ein Ansatz dieses Problem zu lösen, bestand darin, eine einzige Kapillartransportfunktion zu erstellen, bei der die Transportkoeffizienten im unteren Bereich denen der Weiterverteilung entsprechen und im oberen Bereich denen des Saugvorganges. Trotz guter Ergebnisse erscheint ein Ansatz mit zwei Funktionen realitätsnäher, bei dem während der Regenzeiten die kombinierte Transportfunktion und sonst die Weiterverteilungsfunktion angesetzt wird. Im Rahmen der Arbeit sollen über eindimensionale hygrothermische Berechnungen für verschiedene Wandaufbauten und unterschiedliche Innen- und Außenklimate mit dem beschriebenen neuartigen Ansatz dessen Eignung untersucht und bewertet werden, gegebenenfalls unter Verbesserungen des Verfahrens zur Erstellung der Kapillartransportfunktion. Außerdem können zur Validierung zahlreiche Messergebnisse aus Freilanduntersuchungen einbezogen werden

Voraussetzungen – Anforderungsprofil

• Softwarekenntnisse: WUFI, Matlab, R oder Origin von Vorteil

Betreuung – Beginn

ab sofort.

Prof. Dr. Martin Krus
Martin.krus@ibp.fraunhofer.de
08024 643 – 258
Fraunhoferstraße 10; 83626 Valley

Masterarbeit am Fraunhofer-Institut für Bauphysik

Für die Erstellung von Energieausweisen für Wohn- und Nichtwohngebäude sowie für die Förderung und Energieberatung von Gebäuden werden Energiebedarfe für Heizen, Kühlen, Trinkwarmwasser, Beleuchtung und Belüftung nach der DIN/TS 18599 berechnet. Dabei spielt der Einbau von Wärmepumpen im Rahmen der Energiewende und auf dem Weg zur Klimaneutralität im Gebäudesektor eine immer größere Rolle.

Die energetische Berechnung der Wärmepumpen nach DIN/TS 18599 erfolgt in vielen Fällen unter Annahme eines mittleren Klimadatensatzes für Deutschland. Da die deutsche Norm DIN/TS 18599 jedoch auch immer häufiger im europäischen Ausland eingesetzt wird, und auch in Deutschland die Bedeutung von regionalen Klimakennwerten immer mehr zunimmt, soll im Rahmen dieser Masterarbeit untersucht werden, wie groß der Einfluss der Verwendung verschiedener Klimadatensätze ist. Hierbei soll auch betrachtet werden, wie diese in die DIN/TS 18599 eingebunden werden können und wie Klimadaten für die Wärmepumpenberechnung aus unvollständigen Klimadatensätzen abgeleitet werden können.

Ziele der Arbeit

• Untersuchung des Einflusses von Klimadatensätzen auf die Berechnung nach DIN/TS 18599
• Erarbeitung eines Verfahrens zur Erstellung von Klimadatensätzen für die Berechnung der Wärmepumpe

Umsetzung der Arbeit

• Einarbeitung in die energetische Berechnung von Wärmepumpen nach DIN/TS 18599
• Auswahl von verschiedenen Klimadatensätzen für die Untersuchung
• Auswahl von geeigneten Beispielgebäuden für die Untersuchung
• Durchführung und Auswertung der Berechnungen
• Erarbeitung einer Methode zur Synthetisierung von Stundensummen der Außentemperatur aus Monatswerten
• Validierung der erarbeiteten Methode

Beginn:

ab sofort möglich

Interessierte wenden sich bitte an:

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Simon Wössner

Masterarbeit am Fraunhofer-Institut für Bauphysik

Das Wärmeplanungsgesetz verpflichtet alle deutschen Kommunen bis spätestens Juni 2028 einen Wärmeplan zu erstellen. Die kommunale Wärmeplanung ist ein strategisches Planungsinstrument, das eine entscheidende Rolle bei der Erreichung der Treibhausgasneutralität im Gebäudesektor einnimmt. Durch den Einsatz digitaler Werkzeuge ergeben sich für die Erstellung eines Wärmeplans zahlreiche Vorteile hinsichtlich der Standardisierung und Transparenz der Methodik, der Möglichkeit einer kontinuierlichen Aktualisierung sowie der Bildung weiterer Synergieeffekte für Folgeprojekte. Im Rahmen einer Abschlussarbeit soll untersucht werden, welche Anforderungen des kommunalen Wärmeplanungsprozesses durch derzeit verfügbare digitale Werkzeuge effektiv unterstützt werden können, und welche Verbesserungspotenziale bestehen. Darüber hinaus sollen ggf. erste Ansätze zur Umsetzung der identifizierten Verbesserungen untersucht werden. Als konkretes Anwendungsbeispiel für die derzeit verfügbaren digitalen Werkzeuge dient eine reale kommunale Wärmeplanung, die gegenwärtig erarbeitet wird.

Aufgaben

• Sichtung und Zusammenstellung von Anforderungen aus der kommunalen Wärmeplanung an digitale Werkzeuge und Methoden
• Ermittlung und Auswertung verfügbarer digitaler Werkzeuge für die Erstellung von kommunalen Wärmeplänen, inklusive Untersuchung der notwendigen Datenbasis für die Tool-Anwendung
• Beschreibung der verfügbaren digitalen Werkzeuge und deren Anwendung an einem Fallbeispiel
• Entwicklung einer Bewertungsmatrix für eine vergleichende Untersuchung der digitalen Werkzeuge hinsichtlich Anwendungsbereichs, Datenbedarfs, Aufwands, Vorwissens, Nutzerfreundlichkeit, etc.
• Identifikation von Weiterentwicklungspotenzial und derzeitigen Anwendungslücken, ggf. Entwicklung eines Werkezugkastens mit Verknüpfung vorhandener digitaler Werkzeuge

Voraussetzungen

• Interesse und Motivation zur Einarbeitung in neue Themen, insbesondere in die Modellierung und energetische Bewertung von Quartieren sowie Themen um die kommunale Wärmeplanung
• Hohes Maß an Selbstständigkeit
• Grundverständnisse in der Programmierung (Python / C#) und im Bereich der Energieversorgung von Gebäuden sind hilfreich

Beginn:

Mitte Juli

Interessierte wenden sich bitte an:

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Daniel Stegmaier 

Bachelor-/Masterthesis, am IABP

Background

The subject of this work is PV-integrated shading solutions, such as those depicted in Figure 1. Changing the slat angle not only affects the workplace illuminance or glare, but also the solar gains and the electricity yield. All these effects depend on the slat angle and the weather conditions. This includes a non-smooth and non-linear dependence on the position of the sun. Due to the effect in several domains, optimization-based control concepts (e.g. MPC, RLC) are favoured, which, however, require a compact surrogate model.

Task Description

This work begins with a literature research on the previous surrogate model and control approaches of PV-integrated shading devices. Subsequently, different deep neural network structures are developed and compared. MATLAB is the preferred environment for this.The training data required is made available using an existing Rhino3D Grasshopper plugin from parametric design. With appropriate aptitude, this surrogate model can then be used to develop an optimization-based control.

Requirements, Supervision, and Contact

You should have knowledge of machine learning methods and a good experience in programming with MATLAB or Python. If this position interests you, please send your CV, current transcript of records, and your preferred start date. The position is available immediately. For any inquiries, please do not hesitate to get in touch.

Start

as of now

Application, see following link.

Bitte wenden Sie sich an abschlussarbeit@iabp.uni-stuttgart.de