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2. Tagung zur nutzerorientierten Bausanierung an der Bauhaus-Universität Weimar - Call for Papers

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Die Luftdichtheit von Gebäuden hat einen Einfluss auf den Lüftungswärmestrom und damit auf den Heizwärme- und Klimakältebedarf. Der unkontrollierte Luftstrom durch Leckagen gewinnt mit zunehmendem Dämmniveau an Bedeutung. Um den Einfluss der Luftdichtheit bei hohem Dämmstandard auf den Heizwärme- und Klimakältebedarf zu untersuchen, werden verschiedene Szenarien mit einer thermischen Gebäudesimulation betrachtet. Zusätzlich werden an 28 neuen Einfamilienhäusern Luftdichtheitstests durchgeführt, um die Luftdichtheit von Standardneubauten zu bestimmen.
Die Simulationen bestätigen, dass der Heizwärme- und Klimakältebedarf mit zunehmender Undichtheit zunimmt. Infolge der großen Temperaturdifferenz zwischen innen und außen sowie höheren Windgeschwindigkeiten im Winter ist der Einfluss der Luftdichtheit auf den Heizwärmebedarf größer als auf den Klimakältebedarf im Sommer. Die ermittelte Luftdichtheit der gemessenen Gebäude weist im Mittel ein q50 = 0,8 m3/(h · m2) auf, was ein sehr guter Luftdichtheitswert ist. Ihr Heizwärmebedarf wird sich durch die Undichtheiten voraussichtlich um ca. 3 % bis 6 % gegenüber einem dichten Gebäude mit q50 = 0,6 m3/(h · m2) erhöhen. Der Klimakältebedarf wird sich um ca. 1 % bis 2 % reduzieren.

Airtightness impact on the heating and cooling demand of new single-family houses
The airtightness of buildings has an influence on the ventilation heat flow and thus on the heating and cooling demand. The uncontrolled air flow through leakages becomes more important with increasing insulation levels. Based on coupled thermal and air flow simulations, the influence of airtightness with a high insulation standard on the heating and cooling demand is investigated for different scenarios. In addition, airtightness measurements are carried out for 28 new single-family houses to determine the airtightness of standard new buildings.
The simulations confirm that the heating and cooling demand increases with decreasing airtightness. As a result of the large temperature difference between inside and outside and higher wind speeds in winter, the influence of airtightness on the heating demand is greater than on the cooling demand in summer. The average airtightness of the measured buildings is found to be q50 = 0.8 m3/(h · m2), which is a very good airtightness value. Their heating demand will probably increase by approx. 3-6 % due to the air leakage compared to a tight building of q50 = 0.6 m3/(h · m2). The cooling demand on the other hand will decrease by approx. 1-2 %.

Angesichts der aktuellen Ereignisse wird einmal mehr bewusst, dass Energieeffizienz und damit die Reduktion des Energiebedarfs der Schlüssel zur dauerhaften Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern ist. Energieeffizienz am Gebäude beginnt dabei schon bei den einzelnen Komponenten. In einem aktuellen Forschungsvorhaben zu Dunstabzugssystemen in Wohnküchen konnten wesentliche Einsparpotenziale für diesen Bereich noch einmal beleuchtet werden.
Der Energieverbrauch von Abluftdunstabzugssystemen ergibt sich im Wesentlichen aus der Summe der Lüftungswärmeverluste durch den Abluftvolumenstrom (insbesondere ohne Wärmerückgewinnung) während des Kochvorgangs bzw. der Betriebszeit der Dunstabzugshaube und den Infiltrationsverlusten durch undichte Abluftklappen sowie Wärmebrückeneffekte, welche vor allem außerhalb der Betriebszeit wirksam sind.
Leckagemessungen an Abluftklappen (Mauerkästen) zeigten auf, wie hoch die Infiltration und damit der dauerhafte Luftaustausch bei marktüblichen Systemen tatsächlich sind. Außerdem wurden Versuche zur Ermittlung der Wrasenerfassung durchgeführt. Mit einem standardisierten Verfahren zur Ermittlung der Wrasenerfassung ließe sich die tatsächliche energetische Performance der Dunstabzugssysteme aufzeigen und damit die Kaufentscheidung der Endkunden hin zu effizienteren und geeigneteren Lösungen lenken.

Examination of cooker hoods in residential kitchens
In view of current developments, it has once again become clear that energy efficiency, and thus the reduction of energy demand, is the key to lasting independence from fossil fuels. Energy efficiency in buildings starts with the individual components. In a recent research project on cooker hood systems in residential kitchens, it was possible to shed light on significant savings potential in this area.
The energy consumption of cooker hood systems mainly results from the sum of the ventilation heat losses due to the exhaust air volume flow (without heat recovery) during the cooking process or the operating time of the cooker hood and the infiltration losses due to leaky exhaust air flaps outside the operating time as well as thermal bridging effects of the exhaust air flaps.
Leakage measurements on exhaust air dampers (wall boxes) showed how high the infiltration and thus the permanent air exchange actually are with standard systems on the market. In addition, tests were carried out to determine the capture efficiency of cooker hoods. A standardized method for determining the capture efficiency could be used to show the actual energy performance of cooker hood systems and thus steer the end customer's purchasing decision toward more efficient and more suitable solutions.

In dieser Publikation werden die theoretische Grundlage sowie eine Messeinrichtung beschrieben, um den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten sowie die Scherspannung an einer angeströmten Wand zu messen. Hierzu misst das Convective Heattransfer Meter (CHM) den Temperaturabfall innerhalb der Strömungsgrenzschicht.
Für exponentiell ablaufende zeitliche Prozesse ist die Zeitkonstante &tgr; definiert als diejenige Zeitspanne, nach welcher eine Größe A(t) auf das 1/e-fache des Ursprungswerts abgefallen ist, mit der Euler-Zahl e = 2,718... Analog hierzu wird in diesem Beitrag für räumliche Prozesse mit exponentieller Annäherung anstelle der Zeitkonstanten &tgr; die Grenzschichtdicke d vorgeschlagen. Ein solcher Prozess liegt im viskosen Grenzschichtbereich einer angeströmten Wand vor. Dabei erfährt die parallel zur Wandoberfläche verlaufende Strömung U(y) aufgrund der Viskosität der Luft und der Reibung der Wandoberfläche eine Abbremsung bis hin zur Haftbedingung an der Wandoberfläche. Die neu definierte Grenzschichtdicke d ist jener Abstand von der Wand y = d, für den gilt, dass die lokale Strömungsgeschwindigkeit U(y=d) auf das (1-e-1)-fache der makroskopischen Strömungsgeschwindigkeit U(y=∞) angestiegen ist.
Im Unterschied zur oft verwendeten Grenzschichtdicke &dgr;, für die die Schwelle definitionsgemäß bei 99 % von U(y=∞) liegt, bietet die Neudefinition der Grenzschichtdicke d Vorteile hinsichtlich deren Messbarkeit sowie der Ermittlung der konvektiven Wärmeübertragung und der Ermittlung der Scherspannung an angeströmten Körpern.

New definition and measurement of the boundary layer thickness on a wall - Determination of thermodynamic and aerodynamic quantities
This publication describes the theoretical basis and a measuring device to measure the convective heat transfer coefficient and the shear stress on a wall exposed to the flow. For this purpose, the Convective Heat Transfer Meter (CHM) measures the temperature gradient within the flow boundary layer.
For exponential time processes, the time constant &tgr; is defined as the period of time after which a quantity A(t) has declined to a fraction of 1/e of the initial value, with the Eulerian number being 2.718... Analogous to this, the boundary layer thickness d is proposed for spatial processes with exponential approximation instead of the time constant &tgr;. Such a process occurs in the viscous boundary layer area of a wall exposed to flow. The flow velocity U(y) running parallel to the wall surface is decelerated due to the viscosity of the air and the friction of the wall surface until it reaches the condition of adhesion to the wall surface. The newly defined boundary layer thickness d is the distance from the wall y = d for which the local flow velocity U(y=d) has reached the fraction of (1-e-1) from the macroscopic flow velocity U(y=∞). In contrast to the frequently used boundary layer thickness &dgr;, for which the threshold is by definition 99 % of U(y=∞), the new definition of the boundary layer thickness d offers advantages in terms of its measurability and the determination of the convective heat transfer and the determination of the shear stress on bodies in contact with the flow.

U-Wert-Messungen vor Ort eigenen sich für opake Bauteile unbekannter Konstruktion, bei denen eine zerstörungsfreie Aussage zu den thermischen Eigenschaften, z. B. für Sanierungsmaßnahmen erforderlich ist. In-situ U-Wert-Messungen sind Gegenstand zweier abgeschlossener Forschungsprojekte aus Deutschland und der Schweiz. Im vorliegenden Teil 1 werden die Ergebnisse des Projektes “LivingLab - Gebäudeperformance” an der Bergischen Universität Wuppertal vorgestellt. Ziel dieses Teilprojektes ist, Einflüsse auf in-situ U-Wert-Messverfahren für Mauerwerkskonstruktionen in einem Heizkammerverfahren unter kontrollierten Bedingungen herauszuarbeiten. Es kann gezeigt werden, dass bei Wärmeflussverfahren mit langer Messdauer die Größe der Platten und ihre Positionierung in Bezug auf ein Fugenraster keine messbaren Unterschiede ergeben. Bei ungedämmten Konstruktionen werden mit diesem Verfahren tendenziell geringere U-Werte, bei gedämmten Konstruktionen höhere U-Werte gemessen als bei bekanntem Materialaufbau berechnet. Vergleichend werden Kurzzeitmessungen mit der sog. “Rapid U-Value-Messtechnik (Rapid-U)” durchgeführt. Es zeigen sich größere Streuungen der Ergebnisse und höhere U-Werte als beim Wärmeflussverfahren. In Teil 2 wird ein Forschungsprojekt aus der Schweiz vorgestellt, in dessen Rahmen eine praxisorientierte Anwendungshilfe für in-situ U-Wert-Messungen erstellt wird. Als Basis dienen In-situ-Messungen mit drei unterschiedlichen Geräten und vergleichende Labormessungen.

In-situ measurement of massive building components - Part 1: Comparison of test methods and influences in heating chamber tests
In-situ U-value measurements are suitable for opaque constructions where a non-destructive testing of thermal properties is required, e.g. for renovation. In-situ U-value measurements are the subject of two research projects from Germany and Switzerland. This Part 1 presents results of the project “LivingLab - Building Performance” at the University of Wuppertal. The aim is to investigate influences on in-situ U-value measurement methods for masonry structures in a hot box. It is shown, that in heat flux methods with long measurement periods, size of the heat flux plates and their positioning with respect to mortar joints do not show measurable differences. For uninsulated constructions, this method tends to show lower U-values, for insulated constructions higher U-values than calculated. In comparison, short-term measurements are performed using so-called “Rapid-U-Value Technique (Rapid-U)”. Larger scattering of the results and higher U-values than with the heat flow method are shown. In Part 2, a research project from Switzerland is presented, in the context of which a practice-oriented application aid for in-situ U-value measurement is being developed. In-situ U-value measurements using three different instruments and comparative measurements in the laboratory serve as a basis.

U-Wert-Messungen vor Ort (in situ) eignen sich für Gebäude, bei denen die Konstruktion unbekannt ist und eine zerstörungsfreie, sichere Aussage zu den thermischen Eigenschaften getroffen werden soll. In-situ U-Wert-Messungen sind der Gegenstand von zwei kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekten aus Deutschland und der Schweiz. Die Grundlagen zur U-Wert-Messung, die möglichen Messverfahren, sowie Messungen mit der Wärmeflussmethode und der Rapid U-Value-Messtechnik (Rapid-U) im Labor als Bestandteil des Forschungsprojektes aus Deutschland wurden in Teil 1 dieser zweiteiligen Veröffentlichung dargestellt. Teil 2 der Veröffentlichung berichtet von einem Forschungsprojekt aus der Schweiz, in dessen Rahmen eine Anwendungshilfe für die in situ U-Wert-Messung erstellt wird. Grundlage sind U-Wert-Messungen mit am Markt erhältlichen Messgeräten, die auf eine breite Anwendung zielen. Es wurde mit zwei Messgeräten, die auf der Wärmeflussmethode basieren, und einem temperaturbasierten Messgerät gemessen. Die In-situ-Messungen werden durch vergleichende Messungen im Labor und Simulationen ergänzt. Zusätzlich werden Kontakt- und Haftmittel zur Befestigung der Sensoren an den zu messenden Bauteilen getestet. Untersucht werden schwere, homogene Bauteile, damit beziehen sich die Erkenntnisse hauptsächlich auf diesen Bauteiltyp.

In-situ measurement of massive building components - Part 2: Comparison of measuring devices and application on site
U-value measurements on site (in-situ) are suitable for buildings where the construction is unknown and a non-destructive, reliable statement on the thermal properties is to be made. In-situ U-value measurements are the subject of two recently completed research projects from Germany and Switzerland. The basics of U-value measurement, possible measurement methods, as well as measurements with the heat flow method and the Rapid-U-Value Measurement Technique (Rapid-U) in-laboratory conditions as part of the research project from Germany were presented in Part 1 of this two-part publication. The second part of the publication reports on a research project from Switzerland, which provides guidelines for practitioners for in-situ U-value measurements. These are derived from in-situ U-value measurements with devices that are available on the market and intended for a broad application. Measurements were made with two measuring devices based on the heat flow method and one temperature-based measuring device. The in-situ measurements are complemented by comparative measurements in the laboratory and simulations. In addition, contact and adhesive materials for attaching the sensors to the component are tested. Heavy, homogeneous walls are examined, so the findings mainly relate to this type of component.

Die Ermittlung und Bewertung der Schalldämmung eines Trennbauteils anhand einer Messgröße muss sich immer am tatsächlich erreichten Schallschutz zwischen den Wohneinheiten messen. Hieraus ergibt sich die Frage nach einer geeigneten Einzahlbewertung, die mit dem übertragenen Pegel üblicher Wohngeräusche korreliert. Soll diese Frage beantwortet werden, ist zunächst zu klären, welche Spektren übliche Wohngeräusche aufweisen. Der übertragene Pegel dieser Wohngeräusche kann anschließend anhand der Schalldämmung des Trennbauteils frequenzabhängig berechnet und gehörrichtig bewertet werden. Durch die Korrelation zwischen dem übertragenen Wohngeräuschpegel und dem Einzahlwert der Schalldämmung wird nun die Eignung der Beurteilungsgröße ersichtlich. Die beschriebene Vorgehensweise wird in der vorliegenden Veröffentlichung auf die Schalldämmung verschiedener Haustrennwände von Doppel- und Reihenhäusern angewendet, da diese bei den Mindestanforderungen nach DIN 4109-1 und den erhöhten Anforderungen nach DIN 4109-5 eine Sonderposition in Bezug auf die Anforderungshöhe einnehmen. Es werden unterschiedliche Haustrennwandtypen in Massiv- und Holzbauweise untersucht, deren Schalldämmung aus Baumessungen vorliegen. Vorschläge alternativer Bewertungsverfahren zur DIN EN ISO 717-1 und übliche Wohngeräusche konnten der Literatur entnommen und durch aktuelle Daten ergänzt werden. Neben der Eignung der Beurteilungsgrößen werden auch Zielwerte für die Schalldämmung diskutiert, die eine sichere Planung von Haustrennwänden ermöglichen sollen.

Suitable assessment parameters for the airborne sound insulation of building partition walls
If the sound insulation of a partitioning component is determined and evaluated based on a measured quantity, the question arises how well the result corresponds to the actual sound insulation between the residential units. This raises the question of a suitable single-number rating that correlates with the transmitted level of common residential noise. To answer this question, it has to be clarified first which spectra represent common residential noises. The transmitted level of residential noises based on the sound insulation of the separating component was calculated in a frequency-dependent manner and evaluated the noises aurally correct. Furthermore, the suitability of the assessment parameter was determined by using the correlation between the transmitted residential noise level and the single-number value of the sound insulation. The present publication considers the sound insulation of various house partition walls of semi-detached and terraced houses, since these occupy a special position with respect to the minimum requirements according to DIN 4109-1 and the increased requirements according to DIN 4109-5. Different types of house partition walls in solid and timber construction, for which the sound insulation was available from measurements, were examined. Suggestions of alternative assessment methods and common residential noise levels were taken from the literature and supplemented by current data. In addition to the suitability of the assessment parameter, target values for sound insulation were also discussed to enable reliable planning.

Lehm weist bekanntermaßen bauphysikalische Vorteile wie die Feuchtesorption bzw. Feuchteregulierung, Schalldämmung und das Wärmespeichervermögen auf. Verglichen mit anderen Baustoffen erweisen sich Festigkeiten wie die Druck- und Biegezugfestigkeit als niedrig bzw. nachteilig. Zur Optimierung von Lehm als Baustoff, vornehmlich zur Herstellung für Lehmbauplatten, wurde die mechanische Aktivierung mit einer Scheibenschwingmühle durchgeführt, um den Einfluss auf die Druck- und Biegezugfestigkeit zu untersuchen. Der verwendete Lehm wurde vorab gesiebt, die Fraktionen < 250 &mgr;m gemahlen und in unterschiedlichen Zusammensetzungen zu Prüfkörpern verpresst. Für Proben bestehend aus einer Mischung aus der gemahlenen Fraktion und größeren nicht gemahlenen Fraktionen konnte eine maximale Steigerung der Druckfestigkeit von 74 %, bei einer Mahldauer von 60 Minuten und 20 M.% Zugabe von Wasser festgestellt werden. Auch bei rheologischen Vortests (SAOS), bei welchen die Kohäsionsentwicklung der Probe, in Form einer Paste, über die Zeit gemessen wurde, wurde ein Maximum der Reaktionsfähigkeit bei 60 Minuten lang gemahlenen Proben erfasst. Eine Steigerung der Biegefestigkeit wurde nicht nachgewiesen.

Mechanical activation of clay
Known advantages of clay in building physics are moisture sorption and regulation, reduction of sound and heat storage capacity. Compared to other materials, clay has low mechanical properties. The paper focuses on mechanical activation of clay and relates to challenges in the production of clay-based-construction panels. It examines compressive and bending strength due to the process of milling, using a vibratory disc mill. The raw clay was sieved and for testing the fractions < 250 &mgr;m were milled. This milled clay was mixed in various compositions. Samples consisting of a mixture of milled fractions < 0,25 mm and non-milled fractions 0,25 to 2 mm, a max. increase in compressive strength of 74 % was observed at a milling time of 60 minutes and for 20 wt.% water addition. Also, preliminary rheological tests (SAOS), which were carried out to follow the cohesion development over time of the clay pastes at different milling time, showed a max. of reactivity for samples which were milled 60 minutes.

In diesem Beitrag werden die klimaregulierenden und biodiversitätsfördernden Wirkpotenziale und Synergien eines innovativen Grünfassadensystems für Mensch, Flora und Fauna vorgestellt. Mit dem eigens entwickelten System werden vertikale Lebensräume insbesondere für gebietsheimische Pflanzen, Vögel und Insekten erschlossen sowie klimatische Ausgleichsfunktionen für Gebäude und Menschen geschaffen. Eine interdisziplinär ausgerichtete Untersuchungsmethodik führt die Bereiche (Stadt-)Bauphysik und Ökologie zusammen. Die daraus resultierenden Untersuchungsergebnisse aus den Sommermonaten 2022 belegen den Beitrag der begrünten Oberfläche zur Verringerung von Hitzeeinträgen in die dahinterliegende Fassade sowie in die gebäudenahe Umgebung im Vergleich zu einer Referenzbetonwand. Gleichzeitig wurde die Artenvielfalt (bspw. unterschiedliche Insekten) auf der Vertikalen, durch die Schaffung von heterogenen Lebensräumen und Pflanzenbeständen signifikant erhöht. Dadurch stellt das entwickelte Grünsystem einen innovativen Baustein zur Bewältigung von komplexen Anforderungen durch Klimawandel, Urbanisierung und Artenschwund in der gebauten Umwelt dar und zeigt Lösungen für inklusive urbane Oberflächen für Mensch, Flora und Fauna auf.

Development and testing of an urban green façade system for humans, flora and fauna
This paper presents the climate-regulating and biodiversity-supporting potential and synergies of an innovative green façade system for humans, flora and fauna. The developed system opens up vertical habitats, especially for native plants, birds and insects, and creates climatic compensation functions for buildings and people. An interdisciplinary research methodology brings together the fields of (urban) building physics and ecology. The test results from the summer months of 2022 prove the contribution of the green surface to reducing heat input into the façade as well as into the surrounding area in comparison to a reference concrete wall. At the same time, the biodiversity (e.g. different insects) was significantly increased on the vertical by creating heterogeneous habitats and plant populations. Thus, the developed green system represents an innovative element for coping with complex requirements due to climate change, urbanization and species loss in the built environment and shows solutions for inclusive urban surfaces for humans, flora and fauna.

Sustainable design requires holistic decision making already in the feasibility stage. One critical aspect of a buildings' sustainability is its operational energy consumption, but energy simulations typically are too time-consuming for early, fast-paced design phases. Data-based, Machine Learning models - so called surrogates - can replace time-consuming simulations with real-time estimates. This paper investigates the accuracy of different surrogate models for energy performance by comparing different types of models and numbers of samples. The paper also presents an integrated dashboard for holistic decision making as an application of the developed surrogate.

Surrogat-Modelle als Ersatz für Gebäudesimulationen während der Entwurfsraumerkundung
Bereits in frühen Leistungsphasen erfordert nachhaltiges Entwerfen eine ganzheitliche Entscheidungsfindung. Dabei bildet der Energiebedarf eines Gebäudes einen wichtigen Teil in dessen Nachhaltigkeit, jedoch sind Gebäudesimulationen meist zu zeitaufwändig für die frühe, dynamische Entwurfsphase. Auf Maschinellem Lernen beruhende, datenbasierte Ersatzmodelle, sogenannte Surrogat-Modelle, können in Echtzeit Schätzwerte liefern und somit langsame Simulationen ersetzen. Dieser Aufsatz untersucht die Genauigkeit verschiedener Surrogat-Modelle für Gebäudesimulationen durch Vergleich diverser Algorithmen und Anzahlen verwendeter Datenpunkte. Die Anwendung der entwickelten Surrogate wird durch die Integration in ein Visualisierungswerkzeug zur ganzheitlichen Entscheidungsfindung in frühen Leistungsphasen demonstriert.

The room-side heat transfer of a building is essential for calculating and simulating heat loss through radiation and convection in interior spaces, and also for preventing mould growth and condensation. By means of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, this study investigates the effect of floor heating, mixing ventilation, furniture, room geometry, and their combinations on the interior heat transfer coefficient (HTC) of a typical office room. The results show an inhomogeneous distribution of the HTC on the exterior walls. HTC values are generally below the German standardised value for thermal protection, which means an overestimation of the heat loss when the standardised value is applied. However, compared to the standardised value for preventing mould growth, the minimum surface-averaged HTC behind closets is 63 % lower, potentially leading to mould growth and condensation.

Lokaler raumseitiger Wärmeübergang eines Büroraums mit unterschiedlichen Heizstrategien
Der raumseitige Wärmeübergang eines Gebäudes ist nicht nur für die Berechnung und Simulation des Wärmeverlusts durch Strahlung und Konvektion in Innenräumen von wesentlicher Bedeutung, sondern auch zum Nachweis der Tauwasser- und Schimmelpilzfreiheit. Diese Studie untersucht anhand Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulationen die Auswirkungen von Fußbodenheizung, Mischlüftung, Möblierung, Raumgeometrie und deren Kombinationen auf den Wärmeübergangskoeffizienten (Heat Transfer Coefficient, HTC) eines typischen Büroraums. Die Ergebnisse zeigen eine inhomogene Verteilung des HTC an den Außenwänden. Die HTC-Werte liegen im Allgemeinen unter dem deutschen normativen Wert für den Wärmeschutz, was eine Überschätzung des Wärmeverlusts bei Anwendung des normativen Wertes bedeutet. Im Vergleich zum normativen Wert zur Verhinderung von Schimmelpilzbildung ist der minimale flächengemittelte HTC-Wert hinter einem Schrank um 63 % niedriger, was zu Schimmelpilzbildung und Tauwasserbildung führen kann.