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Titelbild: Bauphysik 1/2021Bauphysik1/2021Titelbild

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Zum Titelbild:
Das Aktivhotel Inselsberg im Thüringer Wald wurde auf einer Fläche von 1.300 m2 mit Natur-Klimadecken aus Hochleistungs-Lehmmodulen von AgrillaTherm ausgestattet. Zu den Vorzügen des Heizens von der Deckenfläche aus zählen eine höhere Reaktionsschnelligkeit im Vergleich zur Fußbodenheizung, da Möbel oder Bodenbeläge nicht die Effizienz mindern. Auch wird der nahezu hundertprozentige Anteil an Strahlungswärme als sehr angenehm empfunden und Staubverwirbelungen gehören der Vergangenheit an. - Ein Raumklima, das auch Allergiker oder Menschen mit Atemwegserkrankungen frei atmen lässt.
(Foto: Aktivhotel Inselsberg)

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Inhalt: Bauphysik 1/2021Bauphysik1/2021Inhalt

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Bauphysik: Jahresinhaltsverzeichnis des 42. Jahrgangs 2020Bauphysik1/2021Jahresinhaltsverzeichnis

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Kain, Günther; Idam, Friedrich; Huber, Alfons; Goldsteiner, MarkusLuftbrunnenanlage des Burgtheaters Wien: Nachhaltige KlimatisierungsstrategienBauphysik1/20211-11Aufsätze

Kurzfassung

Das Ende des 19. Jahrhunderts errichtete Burgtheater in Wien ist eines der bedeutendsten Sprechtheater Europas. Es verfügt über eine aus der Errichtungszeit stammende Luftbrunnenanlage zur Frischluftversorgung und Konditionierung des Zuschauerhauses. Dabei wird Frischluft im nahegelegenen Volksgarten angesaugt und über einen unterirdischen Gang und Bodenauslässe in den Zuschauerraum geführt. Warme, verbrauchte Luft wird über die Decke des Zuschauerhauses und eine drehbare Öffnung auf dem Dach des Theaters abgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wurden an maßgeblichen Stellen des Belüftungssystems Sensoren zur Überwachung von Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit platziert. Schließlich wurden Optimierungspotenziale in der Betriebssteuerung und eine adiabate Luftkühlung durch Wasservernebelung evaluiert. Es konnten dabei erfolgsversprechende Handlungsoptionen zur nachhaltigen Konditionierung des Burgtheaters formuliert werden.

Air well system of the Burgtheater Vienna: sustainable cooling strategies
The Burgtheater Vienna was built at the end of the 19th century and it is one of the most important straight theatres in Europe. It is equipped with an air well system for the fresh air supply and conditioning of the auditorium. The air is drawn in at the Volksgarten nearby and led to the auditorium via an underground tunnel. Warm and used air is dissipated through the ceiling and the roof of the theatre. The original dimensions of the facilities are still apparent.
In the framework of this study, temperature, humidity and air velocity sensors were positioned at significant places along the ventilation system and the data was evaluated over the summer 2019. As a result, optimization potentials regarding operation control and air cooling using water atomization were evaluated. Finally, it was shown that the air well system can be used to sustainably condition the theatre in a time of rising temperatures.

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Neufassung DIN 4108-4 mit neuen Bemessungsgrundlagen für Kork beim WärmeschutzBauphysik1/202111Technische Regelsetzung

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Horst, Patricia; Messari-Becker, LamiaKommunale Sporthallen in Deutschland - Bestandssituation und PerspektivenBauphysik1/202112-17Aufsätze

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Sportstätten haben sowohl im Hinblick auf ihre soziokulturelle Funktion als auch aus Sicht des gebäudebezogenen Umwelt- und Klimaschutzes eine besondere Bedeutung. Den größten Anteil deutscher Sportstätten bilden Sporthallen, die vorwiegend durch die Kommunen betrieben werden und größtenteils zu Zeiten des Goldenen Plans (1960/70er-Jahre) erbaut wurden. Um die positiven Effekte auf das Sporttreiben und somit auf die Lebensqualität sowie auf das Erreichen der gebäudebezogenen Umwelt- und Klimaschutzziele nutzen zu können, bedarf es einer definierten Quantität und Qualität dieser Anlagen. Inwieweit die Sportstätten - insbesondere kommunale Sporthallen - den quantitativen und qualitativen Bedarf decken können und welche Perspektiven für den Sporthallenbestand aus Sicht der Nachhaltigkeit resultieren, wird im folgenden Aufsatz diskutiert.

Municipal sports halls in Germany - Current situation and perspectives
Sports facilities have a special socio-cultural significance as well as an important role with regard to environmental and climate protection in the building sector.
The largest share of German sports facilities are sports halls, which are mainly operated by the municipalities and were mostly built during the so-called Golden Plan (1960/70s). In order to take advantage of the positive effects of sports on the quality of life and to activate the CO2 reduction potential of sports facilities, a certain quantity and quality of these buildings is required.
The following article discusses the extent to which sports facilities - especially municipal sports halls - can meet the quantitative and qualitative requirements and which perspectives for existing sports halls result from a sustainability perspective.

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Neubauer, Reinhard O.Schalldämmung und Schallschutz - Vergleich von bewertetem Bau-Schalldämm-Maß R'w und bewerteter Standard-Schallpegeldifferenz DnT, wBauphysik1/202118-26Aufsätze

Kurzfassung

In DIN 4109 wird die Schalldämmung, ausgedrückt mit der kennzeichnenden Größe R'w, zur Beschreibung des Schallschutzes verwendet. Schalldämmung und Schallschutz beschreiben jedoch unterschiedliche Sachverhalte. Die Schalldämmung kennzeichnet eine Qualität eines Trennbauteils als “Widerstand” mit der kennzeichnenden Größe “Schalldämm-Maß, R” und der Schallschutz beschreibt eine Qualität des Schutzes zwischen zwei Räumen vor Schallübertragungen und wird mit der kennzeichnenden Größe “Schallpegeldifferenz, D” ausgedrückt. Durch Vergleich beider Kenngrößen wird klar, dass ein Unterschied bestehen muss, der sich nicht nur algebraisch in den Gleichungen darstellen lässt. Werden gleiche Räume objektiv und subjektiv untersucht, zeigen sich Unterschiede sowohl in der Einzahlangabe als auch in der Wahrnehmung. Insbesondere im Hörvergleich hat sich gezeigt, dass das bewertete Schalldämm-Maß (R'w) uneinheitlich in subjektiver Hinsicht bewertet wird, wohingegen die bewertete Standard-Schallpegeldifferenz (DnT, w) eine deutliche “Korrelation” zeigt.

Sound insulation and soundproofing. Comparison of weighted normalized apparent sound reduction index R'w and weighted standardized level difference DnT, w
In the German standard DIN 4109, sound insulation, expressed by the characteristic quantity “R'w”, is used to indicate soundproofing. However, sound insulation and soundproofing describe different facts. Sound insulation indicates a quality of a separating element as “resistance” with the characteristic quantity “sound reduction index, R” and soundproofing describes a quality of protection between two rooms against sound transmissions and is expressed by the characteristic quantity “level difference, D”. By comparing the two measures, it becomes clear that there must be a “difference” that can be represented not only algebraically in the equations. If the same rooms are examined objectively and subjectively, differences can be seen in both the number indication and the perception. In particular, it has been shown that the the rated normalized apparent sound reduction index (R'w) is assessed inconsistently in subjective terms, whereas the rated standardized level difference (DnT, w) shows a strong “correlation”.

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Hoffmann, Sabine; Kheybari, Abolfazl GanjiUntersuchungen zum sommerlichen Wärmeschutz - Teil 1: Vergleich der Nachweisverfahren unter Berücksichtigung zukünftiger KlimadatenBauphysik1/202127-35Aufsätze

Kurzfassung

In einer dreiteiligen Artikelreihe wird der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes mit verschiedenen Methoden und unterschiedlichen Randbedingungen untersucht. Während Teil 1 die herkömmlichen Verfahren nach DIN 4108-2 miteinander vergleicht und unter dem Aspekt der sich verändernden Klimabedingungen betrachtet, beschäftigt sich Teil 2 mit mehrdimensionalen Simulationsansätzen für Sonnenschutz. In Teil 3 werden zusätzlich Modellierungsverfahren vorgestellt, die für die korrekte Wiedergabe spezieller Geometrien und hoch reflektierender Materialien bei Verschattungssystemen von Bedeutung sind.
Im vorliegenden Teil 1 der Artikelreihe wird eine Analyse der herkömmlichen Nachweisverfahren, nämlich des Tabellenverfahrens mit Sonneneintragskennwert sowie der dynamischen Gebäudesimulation, durchgeführt. Beide Methoden werden im Hinblick auf die Auswirkungen wichtiger Aspekte und Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes (Klimaregion, Orientierung, Fensterflächenanteil, Lüftung, thermische Masse, Sonnenschutz) untersucht und mit einander verglichen. Für die Gebäudesimulation werden neben dem vorgeschriebenen Klimadatensatz (TRY 2010) auch Zukunftsklimadaten verwendet, die den Zeitraum 2021 - 2050 repräsentieren (TRY 2035).

Investigation on thermal protection in summer - part 1: Comparison of the evaluation methods taking into account future climate data
A series of three articles investigates the thermal protection of buildings in summer using different methods and boundary conditions. Part 1 compares the code compliance methods prescribed by DIN 4108-2 and considers future climate data. Part 2 deals with multi-dimensional approaches to model shading systems. Part 3 presents a new approach to model shading systems that consist of non-standard geometries and highly reflective materials.
In part 1 an analysis of the existing code compliance methods is conducted, in particular of the simplified table-based method and the simulation-based approach. Both methods are assessed and compared regarding the impact of important aspects and measures (climate region, orientation, window-to-wall ration, ventilation, thermal mass, shading systems). In the dynamic simulation not only the current weather data (TRY 2010) but also weather data describing the period from 2021 to 2050 (TRY2035) are used.

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Worch, AnatolInnendämmung und Oberflächentemperaturen an einbindenden InnenwändenBauphysik1/202137-43Aufsätze

Kurzfassung

Innendämmungen werden neben dem bekannten Kondensationspotenzial in der sogenannten Tauebene vor allem mit zusätzlichen Wärmebrücken verbunden. Durch die damit einhergehende Temperaturabsenkung werden in aller Regel zusätzliche Dämmmaßnahmen an den Flanken vorgeschrieben. Ziel der hier vorgestellten Parameterstudie ist es, die Grenzen zu bestimmen, ab denen keine zusätzlichen Dämmmaßnahmen an den Flanken der einbindenden Bauteile notwendig sind. Schwerpunkt liegt hierbei auf dem besonders kritischen Fall, dass die Innendämmung nur an einer Seite des einbindenden Bauteils angebracht ist. Die Oberflächentemperatur an der der Innendämmung abgewandten Seite wird durch eine Flankendämmung nochmals erniedrigt. Gerade dieser Punkt sorgt in der Baupraxis immer wieder für große Unsicherheiten und damit zu einer prinzipiellen Vermeidung von Innendämmungen.
Im Rahmen einer umfangreichen Parameterstudie soll der Mindestwärmedurchlasswiderstand der Außenwand ermittelt werden, ab der keine zusätzlichen flankierenden Maßnahmen mehr notwendig sind. Als eine maßgebliche Grenze kann ein Wärmedurchlasswiderstand der Außenwand größer 0, 8 (m2K)/W ermittelt werden. Oberhalb dieser Grenze sind in aller Regel wohl keine zusätzlichen Dämmmaßnahmen notwendig. Weitere wichtige Zusammenhänge der maßgeblichen Einflussparameter werden diskutiert und vorgestellt.

Internal thermal insulation and surface temperatures on intersecting internal walls
Internal thermal insulations are associated with the condensation risk between the masonry and the insulation material as well as with complicate thermal bridges caused by the fact that the insulation layer will be disturbed in a regularly way. Especially the de-creasing surface temperature may cause mold growing in the near of the thermal bridges. To solve this problem, it is strongly recommended in Germany to add additional insulation materials on the intersecting walls to shift the surface temperature in an uncritical range. The surface temperature on the side facing away from the internal thermal insulation is lowered additionally caused by the additional thermal insulation of the intersecting wall. This is the point that repeatedly causes great uncertainties in building practice and thus leads to a general avoidance of internal thermal insulation systems.
As a main part of an extensive parameter study, the minimum thermal resistance of the external wall should be determined from which no additional measures are necessary. A thermal resistance of the external wall greater than 0.8 (m2K)/W can be calculated as the decisive border line. No additional insulation measures should be necessary above this limit. Further important relationships between the relevant influencing parameters are discussed and presented.

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Bechtel, Steffen; Scholzen, FrankWärmemarktstudie für das Großherzogtum Luxemburg - Eine Analyse des Wärmemarktes im Kontext nationaler Rahmenbedingungen und energiepolitischer ZielsetzungenBauphysik1/202145-50Aufsätze

Kurzfassung

In 2020 hat Luxemburg seinen Klimaplan für den Zeitraum 2021 bis 2030 beschlossen, welcher ehrgeizige Ziele für den Wärmesektor enthält. Die Datenlage im Wärmesektor, vor allem bei der Schlüsseltechnologie Wärmepumpe, ist jedoch unzureichend, zum Nachteil aller beteiligten Akteure. Die Universität Luxemburg hat deshalb eine Wärmemarktstudie erstellt, die Verkaufszahlen nationaler Hersteller und Händler im Zeitraum von 2014 bis 2018 auswertet und auf diese Weise wesentliche Trends im Hinblick auf die Klimaziele aufzeigt. Die Auswertung zeigt signifikante Unterschiede zur bisherigen Datenlage bei Wärmepumpen, die sich aufgrund der Nichtinanspruchnahme der staatlichen Förderung ergeben. Insgesamt werden deutlich mehr Anlagen installiert als bisher angenommen Der Absatz fossiler Heizkessel ist konstant, wobei eine Verschiebung des Energieträgers von Öl zu Erdgas zu verzeichnen ist. Der allgemeine Trend bewegt sich in Richtung der gesteckten Ziele. Dennoch besteht signifikanter Handlungsbedarf, da zum Erreichen der nationalen Klimaziele u. a. ein jährliches Wachstum des Luxemburger Wärmepumpenmarktes von 16 % bis 2030 angenommen wurde.

Heat Market study for the Grand Duchy of Luxembourg. An analysis of the heat market considering the national framework and energy policies
In 2020, Luxembourg passed its Climate Plan for the period of 2021-2030 which includes ambitious targets for the heat sector. To the disadvantage of all actors in the field, the available data is inadequate. This is especially true for heat pumps that are a key technology for the energy transition. In order to address this issue, the University of Luxembourg created a heat market study that analyzes the sales figures of national manufacturers and retailers for the period of 2014-2018 and shows relevant trends. The evaluation arrives at a significantly different result regarding heat pumps, contrary to existing data. The main reason for that is the non-utilization of state subsidies which leads to considerably more heat pumps installed than actually listed. The sales figures for heating boilers remain largely unchanged, although there is a noticeable shift in the utilized energy source from oil to gas. The overall trend is going towards the targeted direction. Nevertheless, there is a crucial need for action since the accomplishment of the climate objectives is based a.o. on a yearly growth of the Luxemburgish heat pump market by 16 % until 2030.

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Neu: DEGA-Preis für KommunikationsräumeBauphysik1/202149Aktuell

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Hammes, Sascha; Weninger, Johannes; Geisler-Moroder, David; Pfluger, Rainer; Pohl, WilfriedReduzierung des Kunstlichteinsatzes durch Anpassung der Nachlaufzeit an individuelle AnwesenheitsmusterBauphysik1/202150-64Aufsätze

Kurzfassung

Gegenwärtig sind präsenzgesteuerte Beleuchtungssysteme meist an konstante und relativ lange Ausschaltverzögerungen gekoppelt, um die Systemakzeptanz gegenüber fehlerhafter Abwesenheitsdetektion sicherzustellen. Die dabei zur Anwendung kommenden, generalisierten und für alle Arbeitsplätze und Gebäudenutzenden gleichen Abschaltzeiten werden meist bereits vor der Erstinbetriebnahme entschieden. Eine Berücksichtigung von Nutzerindividualitäten, welche durch Tätigkeitsprofil und Unternehmenskultur maßgeblich beeinflusst werden, bleibt dabei außen vor. Dabei nehmen Nutzerindividualitäten eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung von Konzepten ein, die die energetische Systemperformanz steigern. Die im Folgenden vorgestellte Studie untersucht daher auf Basis von Belegungsdaten die Auswirkungen des Verhaltens von Gebäudenutzenden auf den Energiebedarf. Die identifizierten Anwesenheitsmuster dienen dazu, die Beleuchtungssteuerung auf individueller Ebene zuzuschneiden. Die Ergebnisse führen auf, dass eine signifikante Reduktion der Ausschaltverzögerung und des damit verbundenen Energiebedarfs ohne negative Auswirkungen auf Systemakzeptanzraten oder Nutzerkomfort möglich ist. Eine hohe räumliche Sensorauflösung erweist sich dabei jedoch als Ausgleich zu potenziell erhöhten Falsch-Aus-Raten als erforderlich. In diesem Zusammenhang wird die Bedeutung der Sensorpositionierung und -anzahl herausgestellt.

Reduction of the use of artificial light by adapting the switch-off times to individual presence patterns
Currently, presence-controlled lighting systems are usually coupled to constant and relatively long switch-off delays to ensure system acceptance against faulty absence detection. The generalized switch-off times that are used for all workplaces and buildings are usually decided before the initial start-up. A consideration of user individualities, which are significantly influenced by the activity profile and corporate culture, is not taken into account. User individualities play a decisive role in the implementation of concepts that increase the energy system performance. The study presented in the following therefore examines the effects of the behaviour of building users on energy requirements on the basis of occupancy data. The identified attendance patterns are used to tailor lighting control on an individual level. The results show that a significant reduction of the switch-off delay and the associated energy demand is possible without negative effects on system acceptance rates or user comfort. A high spatial sensor resolution proves to be necessary to compensate for potentially increased false off rates. In this context, the importance of sensor positioning and number is emphasized.

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Bauphysik Aktuell 1/2021Bauphysik1/202165-70Bauphysik Aktuell

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Persönliches:
Bauingenieurin Lamia Messari-Becker in den Club of Rome berufen

Aktuell:
DIBt ist Behörde für Schutz vor Radioaktivität in Bauprodukten
BfS-Broschüre zu Radon-Messungen an Arbeitsplätzen
Neues Merkblatt “Mikrobiologischer Bewuchs auf Fassaden - Algen und Pilze”
BBSR ruft Netzwerk Nachhaltige Unterrichtsgebäude ins Leben
Schullüftung mit “Weltraumtechnik fürs Klassenzimmer”
ift-Richtlinie FE-16/2 Einsatzempfehlungen für Fenster in Schulbauten
Filter-Upgrade zur Minderung des Infektionsrisikos

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBauphysik1/202170Veranstaltungen

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Inhalt: Bauphysik 6/2020Bauphysik6/2020Inhalt

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Titelbild: Bauphysik 6/2020Bauphysik6/2020Titelbild

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Zum Titelbild:
Das neue Bürogebäude der SV SparkassenVersicherung ist Teil des Glückstein-Quartiers, des wichtigsten Stadtentwicklungsgebietes von Mannheim. Bei der Klimaschutz-Planung für das Dach des neuen Gebäudekomplexes fiel die Wahl sehr schnell auf den Hochleistungsdämmstoff von JACKON Insulation: JACKODUR® Plus. Dank seiner hervorragenden Dämmeigenschaften mit einem Lambdawert von nur &lgr;D = 0,027 W/(m·K) stellt JACKODUR® Plus im Bauprojekt die ideale Lösung für einen nachhaltigen und schlanken Wärmeschutz des Dachs dar, die sich der ambitionierten Gebäudeplanung anpasst. (Foto: Kai Wolf, Firma Lange)

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Monsberger, Michael; Hopfe, Christina J.; Krüger, Markus; Passer, AlexanderKann auf den praktischen Einsatz leistungsfähiger Methoden verzichtet werden?Bauphysik6/2020275-276Editorial

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Kheybari, Abolfazl Ganji; Hoffmann, SabineExploring the potential of dynamic façade systems: an exterior shading system versus a switchable windowBauphysik6/2020277-288Aufsätze

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Dynamic façade systems can play an important role in the overall performance of the building by adjusting the amount of transmitted solar radiation into the room and responding to environmental conditions. This paper evaluates two types of dynamic facade systems under various control strategies and shows their influences on energy, visual comfort, and thermal comfort in an office building.
This study looks into the simulated hourly/annual results of venetian blinds versus electrochromic glazing (EC) for an open office room with south-facing window shaded/operated by different control strategies such as manual, radiation-based, illuminance-based, and optimal control scenario, to indicate the overall capabilities and limitations of each shading system.
Finally, results show that a well-engineered automatic control strategy can ensure visual and thermal comfort as well as total site energy savings up to 38 % for an EC glazing and up to 49 % for external venetian blinds.

Untersuchung des Potenzials von dynamischen Fassadensystemen: außenliegender Sonnenschutz im Vergleich mit schaltbarer Verglasung
Dynamische Fassadensysteme spielen eine wichtige Rolle in der Leistungsfähigkeit eines Gebäudes, indem sie die Menge der in den Raum durchgelassenen Sonnenstrahlung anpassen und auf die Umgebungsbedingungen reagieren. Dieser Beitrag bewertet zwei Arten dynamischer Fassadensysteme mit verschiedenen Steuerungsstrategien und deren Einwirkungen auf die Energie, die visuelle und die thermische Behaglichkeit in einem Bürogebäude.
Dieser Aufsatz untersucht die simulierten stündlichen/jährlichen Ergebnisse von außenliegenden Jalousien im Vergleich zu elektrochromer Verglasung (EC) für einen Großraumbüro mit nach Süden ausgerichteten Fenstern, die durch verschiedene Steuerungsstrategien wie manuelle, strahlungsbasierte, beleuchtungsstärkenbasierte und optimale Steuerungsszenarien beschattet werden, um die allgemeinen Fähigkeiten und Grenzen beider Verschattungssysteme aufzuzeigen.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine ausgereifte automatische Steuerungsstrategie die visuelle und thermische Behaglichkeit sowie eine standortabhängige Gesamtenergieeinsparung von bis zu 38 % für eine EC-Verglasung und bis zu 49 % für Außenjalousien gewährleisten kann.

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Nicolai, Andreas; Ruisinger, UlrichPerformanceoptimierung hygrothermischer Simulationen durch Parameteroptimierung - Parameteroptimierung iterativer GleichungslöserBauphysik6/2020289-298Aufsätze

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Trotz stetig steigender Rechenleistung moderner Computerhardware kann eine instationäre, dreidimensionale, hygrothermische Simulation immer noch ein langwieriger Vorgang sein. Um die Dauer einer Simulation zu reduzieren, stehen Nutzern verschiedene Einflussmöglichkeiten offen, deren Auswirkungen jedoch nur schwer bzw. aufwändig abzuschätzen sind. Der Artikel analysiert anhand zweier Fallbeispiele verschiedene Möglichkeiten, die Simulationszeiten zu reduzieren. Beginnend mit einer Gittersensitivitätsstudie wird die Skalierung des Aufwandes für verschiedene direkte und iterative Gleichungssystemlöser diskutiert. Weiterhin werden numerische Parameter wie Konvergenzfaktoren und Iterationsgrenzen untersucht. Basierend auf integrierten Laufzeitmessungen und Statistiken für verschiedenen Komponenten des Rechenkerns werden die iterativen Lösungsverfahren GMRES und BiCGStab in Kombination mit einem ILU-Vorkonditionierer betrachtet. Die Untersuchungen werden anhand der Software DELPHIN 6 durchgeführt. Der Artikel schließt mit einer Empfehlung für eine günstige Ausgangswahl an Algorithmen und Parametern in Abhängigkeit der Systemgröße und einer kompakten Methodik, diese anhand der Solverstatistiken weiter zu optimieren.

Performance optimization of hygrothermal simulations - Parameter optimization of iterative solvers
Despite continuously enhanced computer hardware, running dynamic 3D hygrothermal simulations may still be a time-consuming process. The duration of simulations may be reduced by user-selected numeric parameters. However, the actual impact of parameters like maximum Krylov subspace, convergence coefficients etc. proves difficult to estimate. In the article different methods of reducing simulation speed are applied to two example cases. Starting with a grid sensitivity study the scaling of effort for different direct and iterative linear equation system solvers is discussed. Further, we investigate parameters influencing the iterative equation system solvers GMRES and BiCGStab in combination with ILU preconditioners. The tests are done with the software DELPHIN 6. The article concludes with recommendation for suitable initial parameter selection based on system size and a short methodology on how to optimize parameters based on collected solver metrics.

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Erstmals Nachweis für Kombination von Trockenbausystemen aus beliebigen Komponenten erbrachtBauphysik6/2020298Aktuell

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Pauen, Nicolas; Schlütter, Dominik; Siwiecki, Jaroslaw; Frisch, Jérôme; van Treeck, ChristophIntegrated representation of building service systems: topology extraction and TUBES ontologyBauphysik6/2020299-305Aufsätze

Kurzfassung

This paper details parts of the work within the Energie.Digital project which aims at developing an integrated representation of building service systems consisting of technical characteristics, physical and functional semantics as well as operating states and state diagrams. This information needs to be machine- readable and linkable using a global identification key.
The focus of this paper is set on the extraction and aggregation of the semantics of service systems from an Industry Foundation Classes (IFC) file and the development of an ontology based on Semantic Web principles within the environment of the Linked Building Data Community Group of the W3C.

Integrale TGA-Beschreibung: Topologie-Extraktion und TUBES-Ontologie.
In diesem Beitrag werden die aktuellen Ergebnisse des Forschungsprojekts Energie.Digital vorgestellt. Ziel des Projekts ist eine integrale digitale Beschreibung der technischen Gebäudeausstattung. Dies umfasst Informationen zu den physikalischen und funktionalen Verknüpfungen, den technischen Eigenschaften der Komponenten sowie zu Betriebsmodi und Ablaufdiagrammen. Diese Informationen müssen maschinenlesbar und über einen Anlagenkennzeichenschlüssel verlinkbar sein.
Im Folgenden wird zum einen die Extraktion und Vereinfachung der topologischen Beschreibung der Systeme der technischen Gebäudeausrüstung aus einem IFC-Modell, anderseits die Entwicklung einer Ontologie beschrieben. Diese basiert auf den Prinzipien des Semantic Web und integriert sich in die Umgebung innerhalb der Linked Building Data Community Group des W3C.

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Mork, Maximilian; Xhonneux, André; Müller, DirkHierarchical Model Predictive Control for complex building energy systemsBauphysik6/2020306-314Aufsätze

Kurzfassung

In this paper, a hierarchical Modelica-based Model Predictive Control (MPC) is presented in order to control complex building energy systems with different dynamics. The hierarchical MPC concept tackles the problem of controlling buildings with both slow dynamics such as in thermally activated building systems (TABS) and fast dynamics such as in air handling units (AHUs). It addresses prediction errors of system disturbances (e.g. weather, occupancy) and ensures anticipation, reactivity and real-time capability. Further, the concept allows for considering both thermal and visual comfort by integrating a norm-based Venetian blind model. It calculates the transmission of total energy and light for direct and diffuse solar radiation based on the controlled inclination angle and vertical position of the slats. The benefits compared to single MPC, Rule-Based-Control (RBC) and Proportional-Integrative-Derivative (PID) strategies are demonstrated in simulations on a nonlinear Modelica model.

Hierarchische modellprädiktive Regelung für komplexe Gebäudeenergiesysteme
In diesem Beitrag wird eine hierarchische Modelica-basierte modellprädiktive Regelung (MPC) vorgestellt, um komplexe Gebäudeenergiesysteme mit unterschiedlichen Dynamiken zu regeln. Das hierarchische MPC-Konzept adressiert die Herausforderung in Gebäudeenergiesystemen, in denen gleichzeitig sowohl langsame Dynamiken wie in thermisch aktivierten Bauteilsystemen (TABS) als auch schnelle Dynamiken wie in Lüftungsgeräten geregelt werden. Der Ansatz berücksichtigt mögliche Vorhersage-Fehler von System-Störgrößen (z. B. Wetter, Belegung) und stellt Antizipation, Reaktivität und Echtzeitfähigkeit sicher. Darüber hinaus ermöglicht die Modellierung die Berücksichtigung sowohl des thermischen als auch des visuellen Komforts durch Integration eines Norm-basierten Modells für Jalousien. Es berechnet die Transmission von Gesamtenergie und Licht für direkte und diffuse solare Strahlung basierend auf der Steuerung des Neigungswinkels und der vertikalen Stellung der Lamellen. Die Vorteile gegenüber einer einzelnen MPC, regelbasiertem Ansatz (RBC) und PID-Reglern werden in Simulationen an einem nichtlinearen Modelica Raum-Modell demonstriert.

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FNR-Broschüre "Strohgedämmte Gebäude" aktualisiertBauphysik6/2020314Aktuell

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Nytsch-Geusen, Christoph; Mathur, KushagraEntwicklung einer Virtual Reality-Umgebung zur interaktiven thermischen RaumsimulationBauphysik6/2020315-326Aufsätze

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag wird ein Ansatz beschrieben, bei dem der Modellierungs- und Simulationsprozess für das Innenraumklima von Gebäuden vollständig in einer Virtual Reality (VR)-Umgebung stattfindet. Auf diese Weise wird der Simulationsexperte bezüglich des Raumdesigns, der räumlichen Wahrnehmung und der Interaktion mit dem Raummodell immersiv eingebunden. Das durch die Interaktionen sich ergebende simulierte Innenraumklima und weitere Größen wie z. B. Energiebedarfe werden dem Nutzer in der VR-Umgebung als Feedback visualisiert.
Zur softwaretechnischen Realisierung des beschriebenen Ansatzes wurde das Modelica-Werkzeug Dymola mit der Spiele-Engine Unity zu einem Gesamtsystem integriert, wobei zwischen beiden Programmen ein bidirektionaler Datenaustausch erfolgt. Die Basis der Berechnungen in Dymola bilden hierbei das thermische Gebäudemodell der Modelica-Bibliothek BuildingSystems. In Unity wurde zur Realisierung der VR-Simulationsumgebung ein Head-Mounted Display eingebunden und die zwei Modi “Modelling” und “Simulation” prototypisch implementiert und in einem Simulationsszenario evaluiert.

Development of a virtual reality environment for interactive thermal room simulation
This article describes an approach in which the modeling and simulation process for the indoor climate of buildings takes place entirely in a virtual reality (VR) environment. In this way, the simulation expert is immersively involved with regard to the spatial design, spatial perception and interaction with the spatial model. The simulated indoor climate resulting from the interactions and other variables such as energy demands are visualized in the VR environment as a feedback to the user.
To implement the described approach in terms of software, the Modelica tool Dymola was integrated with the game engine Unity to form a complete system, with bidirectional data exchange taking place between the two programs. The building model of the Modelica library BuildingSystems forms the basis of the building physics calculations in Dymola. In Unity, a head-mounted display was integrated to implement the VR simulation environment, and the two modes “modeling” and “simulation” were prototypically implemented and evaluated in a simulation scenario.

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Glahn, Oliver; Voß, Tjado; Voss, Karsten; Schwickert, SusanneComparison of stationary and transient RANS modelling - Spatial velocity field of a ceiling integrated fanBauphysik6/2020326-334Aufsätze

Kurzfassung

Ceiling fans allow an increase of the local air velocity on the human body. The associated heat transfer increases user's temperature tolerance in warm environments.
In the presented study, the differences in the application of statistical turbulence models (RANS) for modelling the air flow induced by a ceiling integrated fan is outlined with particular focus on comparing steady and transient simulations. Results of a CFD simulation (Fluent) are shown and compared with measured data of the horizontal velocity distribution.
The study shows that especially the transient simulation using the Realizable k-&egr; model shows a stable convergence behaviour regarding the residuals as well as target values. But at 1.1 m above the floor, the mean absolute error of the transient simulation is larger compared to the stationary model using the Multiple Reference Frame (MRF) approach. Despite the stationary model produces an unrealistic velocity distribution in the immediate vicinity of the fan, if the moving zone needs to be small due to obstacles. For a freely suspended ceiling fan, the moving zone can be adjusted accordingly and the flow pattern can be improved. But modelling a ceiling integrated fan with a fan housing and obstacles in the near region, transient simulations using rigid body motion are required for accurate results.

Vergleich stationärer und transienter RANS-Modellierung zur Analyse der räumlichen Geschwindigkeitsverteilung unter Anwendung deckenintegrierter Ventilatoren
Deckenventilatoren ermöglichen eine Erhöhung der lokalen Luftgeschwindigkeit am menschlichen Körper. Durch die damit verbundene Wärmeabfuhr steigt die Nutzertoleranz gegenüber warmen Umgebungen.
In dieser Studie wird die Anwendung statistischer Turbulenzmodelle (RANS) zur Modellierung der durch deckenintegrierte Ventilatoren induzierten Luftströmung dargestellt. Ein besonderer Fokus wird hierbei auf den Vergleich zwischen stationärer und transienter Simulation gesetzt. Die Ergebnisse der CFD-Simulation (mittels Fluent) werden mit Messergebnissen der horizontalen Geschwindigkeitsverteilung verglichen.
Die Studie zeigt, dass die transiente Simulation mittels Realizable k-&egr; Modell zwar ein stabiles Konvergenzverhalten sowohl seitens der Residuen, als auch der Zielwerte aufzeigt, im Vergleich zur stationären Berechnung jedoch der mittlere absolute Fehler in 1,4 m Entfernung zum Ventilator größer ist, obwohl die stationäre Modellierung mittels des Multiple Reference Frame (MRF)-Verfahrens ein nicht physikalisch begründbares Geschwindigkeitsfeld in der unmittelbaren Umgebung des Ventilators hervorruft. Die Ursache dafür, dass die stationäre Lösung mittels MRF nicht konvergiert, ist auf die räumliche Begrenzung der rotierenden Zone zurückzuführen, so wie es bei deckenintegrierten Ventilatoren durch das Ventilatorgehäuse der Fall ist. Demgegenüber bei frei im Raum hängenden Ventilatoren die rotierende Zone entsprechend adaptiert und das Konvergenzverhalten verbessert werden kann.

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