Industrial processes are responsible for the largest share of greenhouse gas emissions worldwide. Therefore, improving the energy efficiency of industrial processes is necessary from an environmental and economic point of view. In the production environment, conditions must be ensured, particularly regarding temperature, humidity, and air quality. These tasks are performed by Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC) systems. HVAC systems are usually planned based on extreme static values to counter uncertainties during the dynamic operating phase. This planning approach often leads to the over-dimensioning of HVAC systems. There is, therefore, still considerable potential in the production environment to improve the energy efficiency of HVAC systems in the planning and operating phase. The main research objective of this thesis is to improve the planning and operation of HVAC systems in production environments by finding suitable compromise solutions between production conditions and energy demand as well as environmental impact. To this end, the technical background of the planning and operation of HVAC systems is first presented. The technical background includes a general classification of HVAC systems in the production environment, the explanation of system elements, and the economic, social, and environmental impacts of HVAC systems. The three main target dimensions of air quality, thermal comfort, and energy demand are identified in this context. The influence of Industry 4.0 and the relevance of a cyber-physical system approach is also presented. Subsequently, the research field is further narrowed down. Here, a distinction is made between general research contributions for the building sector and contributions specific to production environments. A total of nineteen research contributions, ten general and nine specific, are evaluated in detail based on five overarching evaluation criteria using an evaluation matrix. The evaluation shows a need for further research for an approach that addresses compromise solutions of the three mentioned target dimensions during the planning and operation phase of HVAC systems in production environments. In the conceptual part of the paper, relevant actors are first identified, and objectives and requirements are derived. At the concept's core is a cyber-physical system approach that covers data acquisition from the production environment, data processing, modelling and simulation, decision support, and automatic control. HVAC systems, production processes, users, building zones, the building envelope, and the weather are key system elements and influencing factors. These system elements and influencing factors must be considered for planning and operational improvement and explained in detail. Finally, four solution modules for decision support and automatic control are presented. Subsequently, the developed concept is implemented prototypically and applied in three exemplary use cases. In the first use case, an HVAC system's increase in operating and energy efficiency for managing a dry room in battery cell production is considered, whereby theoretically, up to 37 % of energy can be saved. In the second use case, monitoring and operational improvement are assessed using the example of incremental production. The monitoring is carried out employing a zone-resolved, dashboard-based visualisation. The fine dust concentration is used to determine the extent to which the airflow rate through HVAC systems must be increased to reduce the fine dust concentration and improve the air quality. In the third use case, the planning of dry rooms for battery cell production is considered. A total of 60 locations worldwide are considered, and the necessary energy demands and environmental impacts of dry room operation are determined. Dry rooms should be avoided in warm and humid regions, especially around the equator. In addition, if there are several dry rooms, the air supply should be provided by one decentralized HVAC system per room. However, the cooling and supply of the HVAC systems should be centralized as far as possible. Finally, there is a summary and evaluation of the work based on the previously defined evaluation criteria. In addition, a detailed outlook is given concerning other possible research topics., Industrielle Prozesse sind weltweit für den größten Anteil an Treibhausgasemissionen verantwortlich. Daher ist die Verbesserung der Energieeffizienz von industriellen Prozessen sowohl aus umwelt- als auch ökonomischen Gesichtspunkten notwendig. Im Produktionsumfeld müssen die Produktionsbedingungen insbesondere in Bezug auf Temperatur, Feuchtigkeit und Luftqualität gewährleistet werden. Diese Aufgaben wird durch raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) gewährleistet. RLT-Anlagen werden üblicherweise basierend auf statischen Extremwerten geplant, um Unsicherheiten während der sehr dynamischen Betriebsphase zu begegnen. Dies führt oftmals zu einer Überdimensionierung von RLT-Anlagen. Es gibt daher im Produktionsumfeld noch erhebliche Potentiale die Energieeffizienz von RLT-Anlagen in der Planungs- und Betriebsphase zu verbessern. Das Hauptforschungsziel dieser Arbeit besteht darin, die Planung und den Betrieb von RLT-Anlagen in Produktionsumgebungen zu verbessern, indem geeignete Kompromisslösungen zwischen den Produktionsbedingungen und dem Energiebedarf sowie den Umweltauswirkungen gefunden werden. Hierzu wird zunächst der technische Hintergrund zur Planung und Betrieb von RLT-Anlagen dargelegt. Dies umfasst eine allgemeine Einordung von RLT-Anlagen in die Produktionsumgebung, die Erläuterung von Systemelementen und der ökonomischen, sozialen und umweltbezogenen Auswirkungen von RLT-Anlagen. In diesem Zusammenhang werden die drei wesentlichen Zieldimensionen der Luftqualität, des thermischen Komforts und des Energiebedarfs identifiziert. Der Einfluss von Industrie 4.0 und die Relevanz eines cyber-physischen Systemansatzes wird ebenfalls dargestellt. Anschließend wird das Forschungsfeld weiter eingegrenzt. Hierbei wird zwischen allgemeinen Forschungsbeiträgen für den Gebäudebereich und Beiträgen spezifisch für Produktionsumgebungen unterschieden. Insgesamt werden neunzehn Forschungsbeiträge, zehn allgemeine und neun spezifische, anhand von fünf übergeordneten Evaluationskriterien im Detail anhand einer Evaluationsmatrix ausgewertet. Aus der Evaluation geht hervor, dass es weiteren Forschungsbedarf für einen Ansatz gibt, der Kompromisslösungen der drei genannten Zieldimensionen während der Planungs- und Betriebsphase von RLT-Anlagen im Produktionsumfeld adressiert. Im Konzeptteil der Arbeit werden zunächst relevante Akteure identifiziert sowie Ziele und Anforderungen abgeleitet. Im Kern des Konzepts steht ein cyber-physischer Systemansatz, der die Datenakquise aus dem Produktionsumfeld, die Datenverarbeitung, Modellierung sowie Simulation und die Entscheidungsunterstützung sowie automatische Regelung abdeckt. Als wesentliche Systemelemente und Einflussfaktoren werden RLT-Anlagen, Produktionsprozesse, Nutzer, Gebäudezonen sowie Gebäudehülle und das Wetter herausgestellt. Diese Systemelemente und Einflussfaktoren müssen zur Planungs- und Betriebsverbesserung berücksichtigt werden und werden detailliert erläutert. Abschließend werden vier Lösungsbausteine zur Entscheidungsunterstützung sowie automatischen Regelung dargelegt. Im Anschluss wird das entwickelte Konzept prototypisch implementiert und in drei beispielhaften Anwendungsfällen angewendet. Im ersten Anwendungsfall wird die Betriebs- bzw. Energieeffizienzsteigerung einer RLT-Anlage zum Betrieb eines Trockenraums in der Batteriezellproduktion betrachtet, wobei theoretisch bis zu 37 % Energie eingespart werden kann. Im zweiten Anwendungsfall wird ein Monitoring und eine Betriebsverbesserung am Beispiel einer inkrementellen Fertigung betrachtet. Das Monitoring erfolgt mittels einer zonenaufgelösten, dashboardbasierten Visualisierung. Anhand der Feinstaubkonzentration wird bestimmt inwiefern der Luftvolumenstrom durch RLT-Anlagen erhöht werden muss, um die Feinstaubkonzentration zu senken und die Luftqualität zu verbessern. Im dritten Anwendungsfall wird die Planung von Trockenräumen zur Batteriezellproduktion betrachtet. Es werden insgesamt bis zu 60 Orten auf der Welt betrachtet und nötige Energiebedarfe sowie Umweltauswirkungen des Trockenraumbetriebs bestimmt. Es zeigt sich, dass Trockenräume in besonders warmen und feuchten Regionen, insbesondere um den Äquator, vermieden werden sollten. Zudem sollte bei mehreren Trockenräumen die Luftversorgung durch eine dezentrale RLT-Anlagen je Raum erfolgen. Die Kälteerzeugung sowie Versorgung der RLT-Anlagen sollte jedoch möglichst zentral erfolgen. Abschließend erfolgt eine kurze Zusammenfassung sowie Evaluation der Arbeit anhand der vorab definierten Evaluationskriterien. Darüber hinaus wird ein ausführlicher Ausblick hinsichtlich weiterer möglicher Forschungsthemen gegeben., Schriftenreihe des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, vol. 2023