Charakterisierung von Gebäudestrukturen mit Mikrowellenmessverfahren

Das erklärte Ziel der deutschen Bundesregierung ist es, den Primärenergiebedarf der Bundesrepublik Deutschland bis zum Jahr 2050 auf 50 % des Werts aus dem Jahr 2008 zu senken. Um dieses Ziel zu erreichen, muss der Verbrauch in allen Sektoren – Industrie, Verkehr, Haushalte etc. – reduziert wer-den. Der Gebäudesektor macht zwecks Erzeugung von Raumwärme einen Anteil von 26 % am Endenergieverbrauch in Deutschland aus. Einsparungen in diesem Sektor könnten insbesondere durch Dämmsysteme erreicht werden. Um deren Potenzial optimal ausnutzen zu können, bedarf es jedoch präziser Informationen über den Aufbau der zu dämmenden Wände. ... mehrDies stellt insofern eine Herausforderung dar, als ein Großteil des Gebäudebestands in Deutschland auf Altbauwohnungen entfällt, die vor oder kurz nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs gebaut wurden. Für einen Großteil dieser Gebäude existieren keine oder nur unzureichende Informationen über den tatsächlichen Wandaufbau. Um diesem Problem anhand präziser Analysen Abhilfe zu schaffen, wird in der vorliegenden Arbeit eine Gesamtmethodik mittels Mikrowellenradar zur Wandcharakterisierung entwickelt. Hierzu wurden erstmals Untersuchungen an mehrschichtigen Wandaufbauten unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt. Wichtigstes Instrument hierbei ist der Einsatz von Mikrowellenradartechnik. Aus Reflexionsmessungen an der Gebäudehülle werden Echobilder der Wand erzeugt, aus denen Rückschlüsse auf die hinsichtlich einer optimalen Dämmung relevanten Parameter Schichtanzahl, Schichtdicke und Schichtmaterialien der Wand gezogen werden können. Die hier entwickelte Methodik deckt die gesamte Systemkette von der Kalibrierung des Messsystems und der Messdaten bis hin zur Analyse der erzeugten Radarbilder ab. Die Forschungsergebnisse dieser Arbeit dienen als Grundlage für zukünftige, schnell operierende Radarmesssysteme (z.B. auf Flugdrohnen), mit denen in urbanen Umgebungen in Form von Reflexionsmessungen ein Maximum an Informationen über die innere Struktur des jeweils vorhandenen Gebäudebestands extrahiert werden kann.

The German government has declared that by 2050, the country aims to re-duce its primary energy consumption by 50 percent compared to the level reached in 2008. Germany must take measures to achieve this goal, not only in sectors such as industry and transport but also in the energy used for heating of buildings, which accounts for 26 % of the country's total final energy con-sumption. The most efficient way to save energy in this sector is to install insulation layers in buildings' walls. To exploit the full potential of insulation systems, precise information about the internal structures of the walls to be insulated is required. ... mehrAcquiring this information can be rather challenging, though, since a large proportion of the buildings in Germany were constructed either before or shortly after the end of World War II; for a majority of these buildings, there is no or only insufficient information about their walls' actual makeups. The present thesis aims to develop a comprehensive methodology using microwaves for wall characterization, i.e., a methodology that includes all steps starting from the calibration of the measurement systems to the final analysis of the radar images generated. The thesis features first-time investiga-tions on multilayer wall structures of different compositions. The most im-portant instrument used is microwave radiation, as it provides significant benefits in generating high-resolution echo images of a given buildings' enve-lope. Based on the results gained, one can conclude the number of layers in the wall investigated, the thickness of each layer, and the material used to build these layers. These parameters are key to finding the optimum insulation for each given wall. The research results of this thesis serve as a basis for future, fast operating radar measurement systems – probably drones – that will be used in urban environments to do reflection measurements for extracting a maximum of information about the internal structures of the buildings investi-gated.