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Mit der zunehmenden Anwendung der bauphysikalischen Bauteilsimulation in Forschung und Baupraxis steigen auch die Qualitätsanforderungen an dieses Werkzeug. Das hygrothermische Verhalten von Konstruktionen unter definierten äußeren Einflüssen soll, bei einem vertretbaren Kosten- und Zeitaufwand, nicht nur schnell, sondern auch genau und zuverlässig vorhersagbar sein. Einen großen Einfluss auf die Simulationsergebnisse haben dabei die verwendeten Materialfunktionen. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst ein Materialmodell vorgestellt, mit dem die Verknüpfung aus thermodynamischen Grundlagen abgeleiteter Funktionen mit einfachen, in der Ingenieurpraxis bekannten Kennwerten sowie der Struktur des Baustoffes hergestellt wird. Das Modell besitzt dadurch die Vorteile der einfachen Handhabung bei gleichzeitiger Erweiterbarkeit auf andere Problemstellungen, da es bzgl. der Modellierung von Transportvorgängen keinen prinzipiell einschränkenden Voraussetzungen unterliegt. Es ist für die wissenschaftliche Weiterentwicklung offen und beispielsweise hinsichtlich der Modellierung des Salztransportes und von Salzkristallisationsprozessen erweiterbar. Im zweiten Teil des Artikels werden Ergebnisse aus Feuchteprofilmessungen mit Simulationsrechnungen auf der Basis des vorgestellten Modells verglichen. Die Grundlage dieser Untersuchungen bilden die Daten dynamischer Ad- und Desorptionsmessungen. Es wurden Feuchtegehalt und Feuchtepotenzial simultan in verschiedenen Positionen über der Zeit erfasst. Die Rohdaten der Experimente bestehen dabei aus Tripeln von Wassergehalt, Relativer Luftfeuchte und Temperatur, jeweils an verschiedenen Probekörperpositionen über der Zeit. Der anschließende Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Daten zeigt deutlich die Einflüsse der Hysterese der Feuchtespeicherung sowie der Prozessdynamik. Daraus lassen sich Grenzen und Möglichkeiten der verwendeten Materialmodellierung aufzeigen, was im Anschluss diskutiert wird.

Gut abgestimmte raumklimatische Bedingungen bzgl. Wärme, Feuchte und Luftqualität sind notwendig um negative Auswirkungen auf die Nutzer und die Bausubstanz zu vermeiden. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit dem Einfluss verschiedener Wandaufbauten auf den Feuchteverlauf und die Pufferung von Feuchtespitzen in Innenräumen. Anstelle von aufwendigen Versuchen werden zunehmend Softwareprogramme zur Simulation der raumklimatischen Parameter verwendet. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) hat die Software WUFI®-Plus [1] zur hygrothermischen Simulation des Raumklimas entwickelt. Damit ist es möglich, die Temperatur und Feuchte in Wand- und Deckenkonstruktionen sowie in der Raumluft und den Energieverbrauch eines Gebäudes zu simulieren. Im Rahmen des internationalen IEA-Annex 41 Projektes “Moist-Eng” wurde ein “common exercise” zur Validierung solcher Softwaremodelle durchgeführt. Zur Ermittlung des Feuchtepufferverhaltens wurden Versuche in Holzkirchen in zwei identischen Versuchsräumen mit verschiedenen Wandinnenoberflächen durchgeführt. Die Messergebnisse wurden für Validierungsberechnungen der 13 am “common exercise” beteiligten Softwaretools verwendet.

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Zur Beschreibung von Wärme- und Feuchtetransportvorgängen gekoppelt mit Stofftransportprozessen in porösen Baustoffen ist ein Differentialgleichungssystem bestehend aus der Energieerhaltungsgleichung und den Massenerhaltungsgleichungen aller beteiligten Stoffe einschließlich des Wassers aufzulösen. Hierzu ist die Modellierung der stattfindenden Phasenumwandlungen der vorliegenden Stoffe und der chemischen Reaktionen der Porenlösung mit der Baustoffmatrix erforderlich. Zu unterscheiden sind dazu inerte, nicht reaktive Baustoffe und reaktionsfähige, zementgebundene Baustoffe. Für die numerische Simulation dieser Vorgänge bzw. die praktische Handhabbarkeit der Problemlösung wurde eine benutzerfreundliche Programmoberfläche AStra geschaffen, die neben dem eigentlichen Berechnungsmodul die benötigten Pre- und Postprocessing Möglichkeiten beinhaltet.
Für die Berechnung des zeitlichen Verlaufs eines lösenden oder treibenden Angriffs auf zementgebundene Baustoffe wird durch eine in Abhängigkeit der beteiligten Spezies geeignete Vorauswahl von ablaufenden Reaktionen der Rechenaufwand für die Vorhersage von Nichtgleichgewichtszuständen optimiert und damit die Möglichkeit geschaffen zeitliche Abhängigkeiten mit vertretbarem Berechnungsaufwand zu beschreiben. Zusätzlich können mechanische Beanspruchungen als Folge von Kristallisationsvorgängen zumindest qualitativ vorhergesagt werden. Im Folgenden werden eine Übersicht der implementierten Berechnungsmodelle sowie drei Anwendungsbeispiele von AStra vorgestellt.

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Die Kenntnis des Gefüge- und Feuchtzustandes in kapillarporösen Baustoffen ist sowohl aus der Sicht der Bauklimatik als auch aus dauerhaftigkeitsrelevanten Gesichtspunkten von großem Interesse. Neue Möglichkeiten bei der Visualisierung beider Zustandsgrößen eröffnet die 3D-Computertomografie (3D-CT). So zeigt dieser Beitrag an Hand zweier Machbarkeitsstudien die Leistungsfähigkeit dieses innovativen zerstörungsfreien Laborprüfverfahrens. Die erste Machbarkeitsstudie erfolgte an einem stark frostgeschädigten Betonbohrkern mit Sichtbetonqualität. Die 3D-CT Untersuchungen zeigen hier, dass neben der räumlichen Verteilung der Gesteinskörnung und der Zementsteinmatrix auch die besonders interessierende Riss- und Feuchteverteilung visualisiert werden kann. Damit ist es perspektivisch möglich, die Interaktion zwischen den frostinduzierten Rissen und der Feuchteverteilung ohne zerstörenden Eingriff zu verfolgen. Das wiederum eröffnet neue Möglichkeiten zur Klärung der zum Teil noch nicht hinreichend bekannten frostinduzierten Schädigungsmechanismen im Beton. Gegenstand der zweiten Machbarkeitsstudie war die nicht nur räumliche sondern auch zeitliche Visualisierung der Feuchteverteilung im Tuffstein während des kapillaren Aufsaug-versuchs. So konnte hier das Wandern der kapillaren Feuchtefront mit verzögerter Wasseraufnahme des magmatischen Tuffbestandteils Bims räumlich visualisiert werden. Basierend auf diesen Studien werden abschließend die geplanten Arbeiten zur weiteren Erhöhung des Leistungspotentials des Verfahrens aufgezeigt.

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Am 16. Dezember 2002 hat die EU die Richtlinie 2002/91/EG des Europäischen Parlaments und des Rates über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden erlassen. Die Mitgliedsstaaten der EU hatten zum 4. Januar 2006 Zeit, diese Richtlinie umzusetzen. Es sollen für bestehende Gebäude als auch für alle Neubauten Energieausweise erstellt werden. Für die Ermittlung der Energiekennzahlen von Gebäuden wird sehr oft das Monatsbilanzverfahren verwendet. Dieses Bilanzverfahren wurde deshalb in der vorliegenden Arbeit einer genaueren Untersuchung unterzogen. Dazu wurde für ein Zonenmodell mit Büronutzung der Kühlbedarf simuliert und nach dem Monatsbilanzverfahren ermittelt. Der Vergleich der bilanzierten mit den simulierten Werten für den Kühlbedarf, hat ergeben, dass in einigen Fällen der Kühlbedarf der sich aus einer Simulationsrechnung ergibt mit dem Bilanzverfahren unterschätzt wird. Daher soll ein Korrekturfaktor für den bilanzierten Kühlbedarf eingeführt werden. Weiterhin haben die Untersuchungen ergeben, dass die Kopplung von Zonen im Bilanzverfahren nicht korrekt berücksichtigt wird.

Der Grad der Zufriedenheit mit den thermischen Umgebungsbedingungen von Aufenthaltsräumen wird im derzeitigen Normwerk als Funktion physikalischer und thermophysiologischer Parameter ermittelt. Aus Untersuchungen zur Befindlichkeit von Büroarbeitern ist seit längerem bekannt, dass die Zufriedenheit mit raumklimatischen Bedingungen auch durch extraphysikalische Variablen beeinflusst wird. Anhand von Daten aus der ProKlimA-Studie wurde untersucht, inwieweit extraphysikalische Variablen das Temperaturempfinden, die thermische Behaglichkeit, die Zufriedenheit mit und die Erwartungshaltung bezüglich der Raumtemperatur beeinflussen. Im Ergebnis multipler logistischer Regressionsanalysen zeigt sich, dass thermisches Empfinden weitgehend unabhängig von extraphysikalischen Einflüssen ist. Thermische Behaglichkeit und Zufriedenheit jedoch stehen in deutlicher Wechselwirkung mit extraphysikalischen Variablen, zu denen neben demographischen Charakteristika auch Tätigkeitsmerkmale, Arbeitszufriedenheit und die Belüftungsart des Gebäudes oder Raumes gehören. Aus diesen z. T. sehr starken und signifikanten Wechselwirkungen kann bereits heute geschlussfolgert werden, dass zumindest bei der Analyse und Bewertung von raumklimatischen Beschwerden auch extraphysikalische Einflüsse einzubeziehen sind.

In Deutschland sind über 80% aller Gebäude energetisch gesehen Altbauten, die ganz wesentlich zum Energieverbrauch und zur Umweltbelastung beitragen. Im konkreten Beispiel wurde ein Mehrfamilienwohngebäude in Ludwigshafen neben der “üblichen” Renovierung energetisch besonders wirkungsvoll saniert. Ziel des Projektes war die Sanierung eines Gebäudes im Bestand als “3-Liter-Haus” (30 kWh/m2a). Um dies zu erreichen wurden die Transmissionswärmeverluste verringert, die passiven Solargewinne erhöht und durch eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung die Lüftungswärmeverluste reduziert. Das Gebäude wurde über 3 Heizperioden messtechnisch begleitet und es zeigte sich, dass bei einem größeren Gebäude die mittleren Verbräuche gut mit dem berechneten Bedarf korrelieren. Für einzelne Wohnungen gibt es jedoch große Abweichungen vom Mittelwert. Gerade im Hinblick auf den kommenden Energieausweis als Energiebedarfs- und Energieverbrauchspass ist die Frage des Nutzerverhaltens bei einer kleinen Anzahl von Wohneinheiten von großer Bedeutung. Die gemessenen Daten aus diesem Projekt liefern hierzu interessante Ergebnisse, die den verbrauchsorientierten Energieausweis für Gebäude mit wenigen Wohneinheiten in Frage stellen.

Mit den angewendeten Sanierungsmassnahmen an einem barocken Gebäude in Görlitz (Innendämmung Straßenfassade, WDVS Hoffassade, Solaranlage, Lüftungsanlage mit WRG, Grauwassernutzung und Fußbodenabwasserheizung) wurden unter Einhaltung der Auflagen des Denkmalschutzes die Energieeffizienzklasse A+ erreicht, die Belange des Umweltschutzes berücksichtigt und die Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit der Konstruktionen gewährleistet. Die erreichten Ergebnisse werden u.a. mit instationären Simulationsrechnungen (Wärme-, Luft- und Feuchtetransport in kapillarporösen Baustoffen) für die einzelnen Bauteile und instationären Simulationsrechnungen anlagentechnischer Komponenten verifiziert. Dabei wird bauphysikalisch der Einfluss der hohen Bauwerksmasse ganzjährig quantifiziert. Die Auswirkungen der eingesetzten Anlagentechnik auf historische Bauteile, wie z. B. die Holzbalkendecken, werden untersucht. Auf der Grundlage der Erfahrungen zur Vermeidung der Kondensat- und Reifbildungen bei hochdämmenden geneigten Verglasungen wurde gemeinsam mit einem ortsansässigen Glaswerk eine neue Wärmeschutzverglasung mit einer außenliegenden Beschichtung entwickelt/kombiniert und eingesetzt.

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Der Artikel gibt einen Überblick über die im Simulationsprogramm Delphin 5 implementierten Gleichungen, die den Zusammenhang zwischen Wärme- und Feuchtetransport sowie Salztransport einschl. Phasenumwandlungen in kapillarporösen Baustoffen beschreiben. Ausgehend von einem Konvektions-Diffusionsmodell für den Transport von binären Salzlösungen wurde das Simulationsprogramm um ein Modell für Salzgemische erweitert, welches den Transport und die Phasenumwandlungskinetik von Na-K-Cl-NO3-SO4-H2O-Systemen beschreibt. Ein kinetisches Modell für die Lösung und Kristallisation von Salzen wird vorgestellt, welches ebenso für Hydratations- und Dehydratationsreaktionen verwendet werden kann. Weitere Schwerpunkte des Artikels sind die Modellierung der thermodynamischen Eigenschaften von Salzlösungen sowie deren Auswirkungen auf die Materialfunktionen und die gekoppelten Wärme- und Feuchtetransportprozesse.

Das vfdb-Referat 4 hat in den vergangenen acht Jahren einen Leitfaden “Ingenieurmethoden des vorbeugenden Brandschutzes” erarbeitet. Er dient bei der Erstellung oder Überprüfung von Brandschutzkonzepten als Hilfestellung zur sinnvollen Auswahl und Anwendung von Nachweismethoden und Eingangsdaten. In diesem Beitrag werden das Gesamtkonzept und die Verknüpfungen der einzelnen Kapitel des Leitfadens erläutert. Etwas ausführlicher wird auf Schutzziele und Sicherheitsanforderungen für die Nachweise eingegangen, von denen die nachzuweisenden Szenarien und Kriterien und die passenden Nachweismethoden abhängen. Die Anwendung des Leitfadens wird am Beispiel einer Versammlungsstätte veranschaulicht, wobei Fragen bezüglich der Rauchableitung und des Brandschutzes der tragenden Konstruktion behandelt werden.

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Die Stadt Cottbus hat sich der Herausforderung gestellt, dem seit knapp 50 Jahren stillgelegten Dieselkraftwerk (DKW) eine neue Nutzung zu geben. Werner Issel, einer der bekanntesten Architekten im Kraftwerksbau, fertigte 1926 den Gebäudeentwurf. 1928 wurde im DKW mit der Stromerzeugung begonnen, diese aber bereits 30 Jahre später beendet. Zeitgleich stellte man das DKW unter Denkmalschutz. Anfang 2008 wird in diesem Gebäude das Kunstmuseum der Brandenburgischen Kulturstiftung seine Besucher empfangen. Die an diesem Umbauprojekt beteiligten Planungs- und Prüfingenieure zeigen aus dem vielschichtigen Anforderungskomplex interessante Details zum Brand- und Wärmeschutz. Dabei galt es, sowohl die denkmalrechtlichen Ansprüche als auch die nutzungstechnischen Erfordernisse eines öffentlichen Gebäudes entsprechend zu würdigen.

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