Living Lab Energy Campus (LLEC) Experimentalgebäude

Markus Breig (KIT)
Blick auf die drei LLEC-Experimentalgebäude (links) und das SEnSSiCC-Gebäude (rechts). (Foto: Markus Breig, KIT)

In der Helmholtz-Forschungsinfrastruktur (FIS) Living Lab Energy Campus wurde der Bau dreier Experimentalgebäude mit identischer Gebäudehülle und großzügiger Instrumentierung, aber verschiedenen regelbaren Heizsystemen, realisiert. Die drei Experimentalgebäude ermöglichen die Forschung an einer selbsteinstellenden Prozessführung zur netzdienlichen Regelung für Gebäudeheizungen und deren Validierung in einem Echtteileexperiment. Durch eine verbesserte Prozessführung sparen alle mit solch modernen Reglern ausgestatteten Heizungsanlagen unmittelbar Energie. Strombasierte Heizungsanlagen mit netzdienlichen Regelungen erbringen außerdem Systemdienstleistungen im Stromnetz.

Forschungsthemen und Zielsetzung

  • Reale Erprobung beliebiger Betriebsszenarien durch hohe Flexibilität der Experimentalgebäude
  • Selbsteinstellende Prozessführung zur netzdienlichen Regelung für Gebäudeheizungen und Validierung in Echtteileexperimenten
  • Betrieb eines kompletten Gleichstromhauses

 

Ausstattung

Wärmepumpenhaus
  • Luft-Wasser-Wärmepumpe
  • Sole-Wasser-Wärmepumpe
  • Abluftmodul für Sole-Wasser-Wärmepumpe
  • Anschluss ans Fernwärmenetz
  • Wärmeschichtspeicher
  • Photovoltaik-Anlage
  • Batteriespeicher (AC, dreiphasig, 15 kWh)
  • Ladestationen (auch V2G)
  • Batterieelektrische Fahrzeuge
Stromhaus
  • Elektro-Zusatzheizung
  • Elektrische Fußbodenheizung zur Bauteilaktivierung
  • Thermische Solaranlage
  • Anschluss ans Fernwärmenetz
  • Wärmeschichtspeicher
Gas2Heat-Haus
  • Gasbrennwerttherme
  • Erdgas-Brennstoffzelle
  • Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung
  • Anschluss ans Fernwärmenetz
  • Wärmeschichtspeicher
  • Photovoltaik-Anlage
  • Batteriespeicher (DC, einphasig, 5,2 kWh)
  • Ladestationen (auch V2G)
  • Küche mit Gleichstromgeräten
Wettermessstation
  • Solare Strahlung
  • Außentemperatur
  • Windgeschwindigkeit
  • Luftdruck
  • Windrichtung
  • Luftfeuchtigkeit
  • Wolkenbedeckungsgrad
  • Niederschlagsmenge
  • Helligkeit
Messsensorik
  • Thermische Messungen (Raumluft, Wände, Decken, Estrich, oberflächennahe Geothermie, Schichtspeicher, Wärme- und Kälteerzeuger, Außentemperatur, u-Wert, Raumfeuchte, CO2, Wärmemengenzähler Heizkreis, ...)
  • Elektrische Messungen (Strom, Spannung, Frequenz, ...)
  • Hydraulische Messungen (Volumenströme über Heizkreis, Massenströme über Heizkreis, Differenzdrücke über Heizkreis)

 

Ausgewählte wissenschaftliche Publikationen


2025
Langner, F.; Kovačević, J.; Spatafora, L.; Dietze, S.; Waczowicz, S.; Çakmak, H. K.; Matthes, J.; Hagenmeyer, V. (2025). Experimental evaluation of model predictive control and fuzzy logic control for demand response in buildings. Applied Energy, 401, Article no: 126666. doi:10.1016/j.apenergy.2025.126666 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Person, L.; Emich, T.; Spatafora, L.; Hagenmeyer, V.; Lennerts, K. (2025). Validation of the smart readiness indicator on real test buildings - energy efficiency of heat generators. Energy and Buildings, 346, Article no: 116128. doi:10.1016/j.enbuild.2025.116128 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Cheng, H.; Çakmak, H. K.; Hagenmeyer, V. (2025, September 1). Economy and sustainability analysis of sector coupled district energy systems using white-box models in distributed co-simulation. Urban Futures Symposium (2025), Dübendorf, Schweiz, 1.–2. September 2025. VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Langner, F.; Kovacevic, J.; Spatafora, L.; Dietze, S.; Waczowicz, S.; Cakmak, H. K.; Matthes, J.; Hagenmeyer, V. (2025, Juli 22). Grid-Responsive Heating in Buildings Saves Cost. Energy Informatics 2 Excursion (2025), Karlsruhe, Deutschland, 22. Juli 2025. VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Çakmak, H. K.; Kocher, A.; Cheng, H.; Kovačević, J.; Hagenmeyer, V. (2025). Collaborative Modelling and Co-Simulation for Sector-Coupled Multi-Energy System Analysis with eASiMOV-eCoSim. doi:10.5445/IR/1000182805 
Beichter, S.; Süß, A.-C.; Galenzowski, J.; Dillmann, J.; Dietze, S.; Mikut, R.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V. (2025). Characterization of grid-oriented control of heat pumps via SG-Ready. IET Conference Proceedings, 2025 (14), 2081–2085. doi:10.1049/icp.2025.1999 
Kovacevic, J.; Cheng, H.; Çakmak, H. K.; Hagenmeyer, V. (2025, Juni 30). Building Modeling and Control for Occupant Thermal Comfort. Tage des offenen Reallabors (2025), Karlsruhe, Deutschland, 30. Juni 2025. VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Beichter, S.; Beichter, M.; Nöthel, A.; Pinter, J.; Galenzowski, J.; Förderer, K.; Wiegel, F.; Moser, T.; Waczowicz, S.; Mikut R.; Hagenmeyer, V. (2025, Juni 22). BEOP: A Framework Enabling Validation of Realworld Energy Management Systems. 16th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG 2025), Nanjing, China, 22.–25. Juni 2025. VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Beichter, S.; Beichter, M.; Nöthel, A.; Pinter, J.; Galenzowski, J.; Förderer, K.; Wiegel, F.; Moser, T.; Waczowicz, S.; Mikut, R.; Hagenmeyer, V. (2025). BEOP: A Framework Enabling Validation of Realworld Energy Management Systems. 2025 IEEE 16th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 799–804, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/PEDG62294.2025.11060365 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Ekin, Ö.; Wiegel, F.; Spatafora, L.; Jumar, R.; Ghadrdan, M.; Waczowicz, S.; De Carne, G.; Hagenmeyer, V. (2025). The Smart2DC Microgrid Laboratory at Karlsruhe Institute of Technology. 2025 IEEE 7thInternational Conference on DC Microgrids (ICDCM), 6 S., Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ICDCM63994.2025.11144732 
Cheng, H.; Huang, Q.; Çakmak, H. K.; Schäfer, B. (2025, Juni). A Reinforcement Learning Framework for AI-Driven Control of Validated White-Box Building Models. Helmholtz AI Conference: AI for Science (HAICON 2025), Karlsruhe, Deutschland, 3.–5. Juni 2025. VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Kovačević, J.; Li, C.; Brecher, G.; Förderer, K.; Çakmak, H. K.; Hagenmeyer, V. (2025). The Impact of Model Complexity Reduction on System Dynamics: A Modelica Case Study of a Residential Heating System. 2025 IEEE Conference on Technologies for Sustainability (SusTech), 8 S., Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/SusTech63138.2025.11025706 
Cheng, H.; Stock, J.; Xhonneux, A.; Çakmak, H. K.; Hagenmeyer, V. (2025). Construction and Control of Validated Highly Configurable Multi-Physics Building Models for the Sustainability Analysis of Multi-Energy Systems in a Co-Simulation Setup. SoutheastCon 2025, 19–28, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/SoutheastCon56624.2025.10971478 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Kovačević, J.; Süß, A.-C.; Çakmak, H. K.; Hagenmeyer, V. (2025). A fuzzy logic approach for economic energy-efficient heat pump operation in thermal building control. 2024 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT EUROPE), Dubrovnik, 14th-17th October 2024, 1–6, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ISGTEUROPE62998.2024.10863470 
Beichter, S.; Süß, A.-C.; Galenzowski, J.; Dillmann, J.; Dietze, S.; Mikut, R.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V. (2025, Januar 24). Characterization of grid-oriented control of heat pumps via SG-Ready. doi:10.5281/zenodo.14678762 
Cheng, H.; Hagenmeyer, V.; Çakmak, H. K. (2025). Economy and Sustainability Analysis With A Novel Modular Configurable Multi-Modal White-Box Building Model. Annual Modeling and Simulation Conference (ANNSIM 2025). Ed.: J.L. Risco-Martín, 13 S., Society for Computer Simulation (SCS). VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Cheng, H.; Hagenmeyer, V.; Çakmak, H. K. (2025). Economy and sustainability analysis with a novel modular configurable multi-modal white-box building model. arxiv. doi:10.48550/arXiv.2503.21666 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Cheng, H.; Buccoliero, V.; Kocher, A.; Hagenmeyer, V.; Çakmak, H. K. (2025). New Co-Simulation Variants for Emissions and Cost Reduction of Sustainable District Heating Planning. IEEE PES 16th Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC 2024), 1–5, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/APPEEC61255.2024.10922291 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Cheng, H.; Stock, J.; Xhonneux, A.; Çakmak, H. K.; Hagenmeyer, V. (2025). Construction and Control of Validated Highly Configurable Multi-Physics Building Models for Multi-Energy System Analysis in a Co-Simulation Setup. arxiv. doi:10.48550/arXiv.2503.08215 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Cheng, H.; Buccoliero, V.; Kocher, A.; Hagenmeyer, V.; Çakmak, H. K. (2025). New Co-Simulation Variants for Emissions and Cost Reduction of Sustainable District Heating Planning. arxiv. doi:10.48550/arXiv.2503.08225 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
Tajalli-Ardekani, E.; Dietze, S.; Moser, T.; Seddiqi, A.; Holzhaeuer, M.; Koubaa, M. A.; Spatafora, L.; Waczowicz, S.; Süß, W.; Hagenmeyer, V. (2025). Experimental Data of Two Buildings Supplied by Heat Pump and District Heating under Multiple Heating Scenarios during Winter 2023-2024. doi:10.5281/zenodo.14810475 
2024
Langner, F.; Kovačević, J.; Zwickel, P.; Dengiz, T.; Frahm, M.; Waczowicz, S.; Çakmak, H. K.; Matthes, J.; Hagenmeyer, V. (2024). Coordinated price-based control of modulating heat pumps for practical demand response and peak shaving in building clusters. Energy and Buildings, 324, 114940. doi:10.1016/j.enbuild.2024.114940 
2023
Beichter, S.; Beichter, M.; Werling, D.; Galenzowski, J.; Weise, V.; Hildenbrand, C.; Wiegel, F.; Mikut, R.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V. (2023). Towards a Real-World Dispatchable Feeder. 2023 8th IEEE Workshop on the Electronic Grid (eGRID), Karlsruhe, Germany, 16-18 October 2023, 1–6, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/eGrid58358.2023.10380834 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 
2022
Zwickel, P.; Frahm, M.; Galenzowski, J.; Hafele, K.-H.; Maass, H.; Waczowicz, S.; Hagenmeyer, V. (2022). Demand Response in Smart Districts: Model Predictive Control of Building Cooling. 2022 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT-Europe), 1–6, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ISGT-Europe54678.2022.9960608 VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument 

Kontaktpersonen

Dr.-Ing. Luigi Spatafora
Dr.-Ing. Luigi Spatafora
Leiter der Living Lab Energy Campus Experimentalgebäude (LLEC)

luigi spatafora ∂does-not-exist.kit eduiai.kit.edu

Jan Lukas Wachter, M.Sc.
Jan Lukas Wachter, M.Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter

+49 721 608-25760jan wachter ∂does-not-exist.kit edu203667 Campus Nord