Approaches and tools toward integrated design of buildings and their environmental control systems

Abstract

Das Ziel dieser Dissertation ist einerseits die Erforschung des aktuellen Status der Zusammenarbeit zwischen Architekten und Gebäudetechnikern und andererseits die Eruierung, ob eine besser strukturierte Planung und Konfiguration von Gebäudetechniksystemen durch spezifische und neue digitale Gebäudetechniktools erreicht werden können. Um dies herauszufinden, wurden intensive Interviews mit Architekten und Gebäudetechnikern geführt. Sie teilten ihr Wissen und ihre Sichtweisen betreffend Gebäudetechniksysteme und sprachen über ihre Funktion in der Planung von zeitgemäßen Gebäuden. Außerdem gaben sie Einblicke in die Zusammenarbeit zwischen Architekten und Gebäudetechnikern und ihre positiven und negativen Erfahrungen. Zusätzlich wurden Studenten interviewt, um auch an ihren Erfahrungen mit Professionisten sowie der Planung von Gebäudetechniksystemen teilhaben zu können und um in ihre Sichtweisen Einblicke zu gewinnen. Diese Dissertation beinhaltet weiters die Details eines Schemas, welches ermöglicht, das Gebäudeautomationssystem und dessen Steuerungslogik hierarchisch darzustellen (Heizung, Kühlung, Belichtung und Belüftung). Dieses hat das Potenzial, die Professionisten bei der Planung der Gebäudetechniksysteme zu unterstützen und die Kommunikation zwischen Architekten und Gebäudetechniker zu verbessern. Basierend auf vielen Pilotprojekten wurde das Schema kontinuierlich weiterentwickelt. Um seine Anwendbarkeit und Benutzerfreundlichkeit zu testen, wurde eine Studie durchgeführt. Als Teil eines Universitätsseminares testeten Studenten dieses Schema an realen Räumen und gaben Feedback dazu. Die Ergebnisse dieser Studie gaben Einblicke in Stärken und Schwächen des Schemas und gaben weiters wichtige Hinweise für die Weiterentwicklung. Im Zuge der Interviews kommentierten auch die Professionisten die Anwendbarkeit und Brauchbarkeit des Schemas. Darauf aufbauend, wurde das Schema weiterentwickelt, verbessert und vereinfacht. Dadurch hat es einen Status erreicht, in diesem es in der Planungsphase für Gebäudetechniksysteme eingesetzt werden kann. Laufende Forschung soll dazu beitragen, dass das Schema automatisch, anhand eines Computerprogrammes oder Tools, generiert werden kann. Mit solch einem Programm oder Tool könnten Fehler in der Anwendung reduziert oder sogar vermieden und der Anwender auf entstehende Konflikte in der Steuerung hingewiesen werden. Die optimale Anordnung der technischen Geräte und Sensoren könnten in Folge mit solch einem Tool oder Programm automatisch dargestellt werden. Dieses Tool oder Programm könnte außerdem für ein ganzes Gebäude angewendet und um zusätzliche Funktionen erweitert werden. Damit könnte die Gebäudetechnik schon in frühen Planungsphasen berücksichtigt werden und sich die Kommunikation zwischen den Professionisten verbessern.

The aim of this dissertation can be described as follows: first, to find out the state of professional collaboration between architects and engineers and, second, whether a more structured and evidence-based approach can be achieved to the design and configuration of buildings environmental control systems by means of specific and new computationally supported engineering tools. Given this background, in-depth interviews with experienced professionals in both the architecture and engineering fields were conducted. They shared their understanding and views on building systems and their roles in the overall planning of modern buildings. Moreover, they gave insights into the collaboration process between architects and building service engineers as well as their positive and negative experiences. In addition, interviews were conducted with students to get insights into their experiences with professionals and planning building systems, too, and their takes on the subject in general. Furthermore, this thesis includes the details of the schema for control logic distribution of building systems (heating, cooling, lighting, and ventilation), which could potentially support the building systems design process and enhance the communication between architects and engineers. Based on many pilot projects, the schema was constantly further developed. An experiment was conducted in order to test the schema generation methods applicability and user friendliness. As part of a university course, students then tested the building systems control logic distribution schema on real architectural spaces. Participants also gave feedback regarding the potential and limitations of the method. The evaluation of the results shed light on the strengths, problems and needs for further development in the schema generation process. Furthermore, the interviewed professionals also shared their views on the feasibility and usefulness of the proposed schema. Based on this, the schema was, once again, developed further, improved, simplified and finally reached a status suitable for introduction into the practical design process of buildings technical systems. Additional research would advance the schema further towards automated generation by a tool or computer program. This, in turn, could reduce the likelihood of schemes being generated in a wrong fashion or turning out too complex. Whats more, conflicts between control devices could be pointed out to the professionals more easily and the optimal positions of devices and sensors could be automatically arranged. Moreover, this tool or program could be extended to include additional functions. It could hence make it easier to take the building technology into account from the very beginning and, as a result, the communication between the architects and the building engineers could also improve.