Forschungsschwerpunkte
Um das betriebstechnische Verhalten einzelner Komponenten gebäudetechnischer Anlagen (Pumpen, Ventilatoren, Heizkörper, Gasthermen, Wärmepumpen, …) einschätzen zu können, sind sie als physikalisches Modell abzubilden. Dazu sind verschiedene Entwicklungsumgebungen verfügbar.
Die Komponenten können einerseits durch die Vorgabe definierter Randbedingungen isoliert untersucht werden. Andererseits wird ihr Verhalten im Gesamtsystem (Heizungsanlage, Klimaanlage, …) durch die Interaktion aller Anlagenteile sowie die Wechselwirkung mit dem Nutzer und dem Gebäude bestimmt.
Diese Themenvielfalt bildet eine Grundlage unserer Forschungsaktivitäten.
Eine optimale Verteilung der erzeugten Wärme oder eine optimale Abfuhr von Wärme aus den Räumen und Zonen ist die zentrale Aufgabe von Heizungs- und Kälteanlagen. Dabei sind hinsichtlich der Versorgungssicherheit Randbedingungen einzuhalten, die häufig mit dem hydraulischen Abgleich beschrieben werden.
Schwerpunkte der Forschung sind das Erkennen von Einschränkungen der Regelbarkeit von wasserbasierten Verteilsystemen bei komplexen Netzstrukturen. Insbesondere werden die Hydrauliksysteme in der virtuellen Umgebung dargestellt, um die Fehlströmungen und Regelungseinschränkungen erlebbar darzustellen.
Unter immersiven Technologien versteht man interaktive Technologien, die es dem Nutzer ermöglichen, in eine simulierte Umgebung einzutauchen und ein realistisches Erlebnis zu genießen. Dazu zählen Teiltechnologien wie Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR). Oft wird auch der Begriff Extended Reality (XR) als Oberbegriff für diese Technologien verwendet. Immersive Technologien verändern unsere Art der Interaktion mit der digitalen Welt und finden vielfältige Anwendungen in Bereichen wie Bildung, Unterhaltung, Medizin, Architektur und Industrie.
An der Professur GST der HTW Dresden wurde seit 2021 der Einsatz immersiver Technologien in der Lehre im Rahmen des Studiengangs Gebäudesystemtechnik untersucht. Dies umfasst die Bewertung vorhandener Lösungen auf dem Markt, die Eigenentwicklung verschiedener VR-Lösungen sowie die Erforschung didaktischer und technischer Konzepte zur Verbesserung der Lehr- und Lernqualität.
Weitere Forschungsaspekte konzentrieren sich auf die Erfahrungen von Lernenden und Lehrenden im Lehrprozess mit immersiven Technologien. Dabei werden Fragen zur Nutzerakzeptanz in verschiedenen Lerngruppen sowie zum Potenzial dieser neuen Technologien bei der Unterstützung von Lehrkräften (Dozenten oder Trainer) bei der Vorbereitung und Durchführung von Unterrichtseinheiten untersucht.
Virtuelle Labore bieten die Möglichkeit, eine Vielzahl von Versuchen ohne physischen Platzbedarf, langwierige Vorarbeiten (z. B. Aufheizen und Konditionieren von Anlagen) und mit minimalem Energieeinsatz durchzuführen.
In diesem Kontext bilden wir typische Anlagensysteme ab und simulieren ihr Verhalten im virtuellen Raum. Durch Interaktionen mit der virtuellen Anlage können reale Inbetriebnahmeprozesse nachgebildet und ihre Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb verdeutlicht werden. Dies ist besonders für Installateure und Inbetriebnahmeingenieure von Interesse.
Die Verwendung digitaler Zwillinge ermöglicht eine immersive Erfahrung und nachhaltiges Lernen. Diese Versuchsanordnungen werden in Lehrplänen für Praktika genutzt. Im Vergleich zu Reallaboren sind sie deutlich flexibler und können schnell auf unterschiedliche Anforderungen (z. B. verschiedene Anlagenkonstellationen) angepasst werden. Die Informationsdichte und -verfügbarkeit in virtuellen Laboren sind wesentlich höher als in traditionellen Reallaboren.
Ein wichtiger Aspekt beim Einsatz immersiver Technologien in der Lehre an der HTWD ist die Erforschung des zeit- und ortsunabhängigen selbständigen Lernens mithilfe dieser Technologien.
Lernvideos bieten die Möglichkeit, sich selbständig und unabhängig von Ort und Zeit Wissen anzueignen. Allerdings führen Videos den Lernenden in einer festgelegten Abfolge durch den Lernprozess und bieten keine Interaktionsmöglichkeiten.
Im Gegensatz dazu stellen Lernräume in der virtuellen Welt eine Sammlung von Wissen dar. Hier können Nutzer mit Objekten oder Systemen interagieren und deren Verhalten experimentell erforschen. Zusätzlich kann der Lernprozess durch Belohnungselemente (Gamification) unterstützt und motiviert werden. Die Reihenfolge beim interaktiven Lernen kann bis zu einem gewissen Grad selbst bestimmt werden.
Wärmepumpen nehmen eine zentrale Rolle in der Energiewende ein. Gegenüber bisherigen Technologien der Wärmeerzeugung, wie z.B. Gasbrennwertgeräte, weisen sie jedoch Besonderheiten in der Planung und im Betriebsverhalten auf.
Ein Schwerpunkt in der Forschung ist die Entwicklung energetischer Bewertungsverfahren für regelbare Wärmepumpen.
Prof. Werdin arbeitet in den Arbeitskreisen der VDI 4650-1 und VDI 4650-3 (Berechnung der Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen) sowie VDI 4645 (Planung von Wärmepumpenanlagen) und in der Normung zur DIN V 18599-5 und -8 (energetische Bewertung von Wärmepumpen) sowie der DIN EN 15316-4-2 (europäisches Bewertungsverfahren für Wärmepumpen) mit.