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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Kersken, Matthias; Sinnesbichler, Herbert; Erhorn, HansAnalyse der Einsparpotenziale durch Smarthome- und intelligente HeizungsregelungenBauphysik5/2018276-285Fachthemen

Kurzfassung

Intelligente Heizungsregler und Smarthome-Systeme können den Heizenergieverbrauch bzw. die Heizkosten, unter anderem durch eine Anpassung der Gebäudebeheizung an die An- bzw. Abwesenheit der Nutzer, reduzieren. Zu diesem Zweck werden die Ergebnisse von fünf unterschiedlichen Studien zusammengefasst, die am Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP unter Verwendung von dynamischer Gebäudesimulation durchgeführt wurden. Diese Studien vergleichen die intelligenten Systeme mit einer konventionellen Regelung die der EnEV Referenztechnik entspricht. Die Auswertung des kombinierten Datensatzes erlaubt die Untersuchung der Einsparpotenziale getrennt für unterschiedliche Baualter, Gebäudetypen und Haushaltsgrößen. Die untersuchten Systeme zeigen typische mittlere Einsparpotenziale zwischen 8 und 19 % Endenergie für Heizung und Trinkwarmwasser bzw. Energiekosteneinsparpotentiale zwischen 0,3 und 2,6 /(m2a). Parallel werden die durch die Systeme bewirkten Veränderungen im thermischen Raumkomfort bewertet und den Einsparpotentialen gegenübergestellt. Hier zeigen sich große Unterschiede zwischen den untersuchten Varianten. Einerseits gibt es Fälle die fast keine energetischen Potentiale aufweisen aber den thermischen Komfort reduzieren, anderseits geht in manchen Varianten eine Komfort-Verbesserung mit einer potentiellen Bedarfsreduktion einher.

Analysis of the energy saving potentials of smart home and intelligent heating controls. Saving potentials of intelligent heating controls
Intelligent heating controllers and smart home systems can reduce heating energy consumption and heating costs, among other things by adapting building heating to the presence / absence of the occupants. In this publication the results of five different studies, carried out at the Fraunhofer Institute for Building Physics IBP using dynamic building energy simulation, are summarized. These studies compare the intelligent systems with a control that corresponds to the EnEV reference technology. The evaluation of this combined data set allows the analysis of savings potentials separately for different years of construction, building types and family sizes. The systems examined show typical average saving potentials between 8 and 19 % for the final energy for heating and domestic hot water and potential energy cost savings between 0,3 and 2,6 /(m2a). At the same time, the changes in thermal comfort caused by the systems are evaluated and compared with the potential savings. This shows a wide variation between the investigated cases. On the one hand, there are cases that show almost no potentials but reductions in the thermal comfort, on the other hand, in some variants an improvement in comfort is accompanied by a potential reduction in demand.

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Gantner, Johannes; Horn, Rafael; Jorgji, Olivia; Fischer, Matthias; von Both, Petra; Rexroth, Karsten; Ebertshäuser, Sebastian; Schmid, ChristianÖkobilanz - Integration in den Entwurfsprozess - BIM-basierte entwurfsbegleitende Ökobilanz in frühen Phasen einer Integralen GebäudeplanungBauphysik5/2018286-297Fachthemen

Kurzfassung

Die Methode der Ökobilanzierung bildet seit mehreren Jahren die Grundlage in Nachhaltigkeitsbewertungssystemen wie DGNB und BNB zur Bewertung der Umweltwirkungen von Gebäuden. Bisher werden Gebäudeökobilanzen lediglich als Nachweisinstrument verwendet und nicht planungsbegleitend als Optimierungstool zur Entscheidungsunterstützung. Dies liegt vor allem an dem hohen zeitlichen Aufwand der Erstellung einer Ökobilanz - speziell die Erarbeitung der hierzu notwendigen Datengrundlage. Um diesen zu verringern und so den planungsbegleitenden Einsatz von Gebäudeökobilanzen zu vereinfachen, wurde ein Konzept erarbeitet, das Ökobilanzergebnisse bereits in frühen Planungsphasen auf Basis von LCA Benchmarks und mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad ermöglicht. Hierzu wurden der Informationsstand und die jeweilige Fragestellung je Planungsphase auf Basis des Konzeptes der integralen Planung abgeleitet, eine Datenermittlung mittels Building Information Modeling (BIM) angedacht und umgesetzt. Insgesamt wurden somit vier verschiedene Detailebenen entwickelt, die ähnlich der Kostenschätzung von Gebäuden, eine Abschätzung der Umweltwirkungen in unterschiedlichen Konkretisierungsstufen ermöglichen.

Integrating LCA in concept of integral planning - accompanying LCA in early phases using Building Information Modeling (BIM)
The consideration of resource consumption and greenhouse gas relevant emissions is becoming increasingly important. The life cycle assessment method has been the basis for several years in sustainability assessment systems such as DGNB and BNB for assessing the environmental impact of buildings. So far, LCA has only been used as a verification tool and not within the planning process as an optimization tool. This is mainly due to the time required to set up a life cycle assessment. In order to reduce the expenditure of time and to facilitate accompanying building LCAs, a concept was developed which enables the use of building LCAs already in early planning phases on the basis of benchmarks and on varying degrees of detail. In addition, the level of information and the respective questions per planning phase were derived on the basis of the concept of integral planning; data gathering using Building Information Modeling (BIM) was planned and implemented. In total, four different levels of detail were developed, which, similar to the cost estimation of buildings, allow an estimation of the environmental effects in different concretization stages.

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Horn, Rafael; Gantner, Johannes; Groenewolt, Abel; Krieg, Oliver DavidÖkobilanzierung von Lebensende-Optionen - Szenarien im bauphysikalischen Kontext am Beispiel segmentierter HolzschalenkonstruktionenBauphysik5/2018298-306Fachthemen

Kurzfassung

Die Betrachtung temporärer, modularer Bauwerke aus biobasierten Rohstoffen wie Holz stellt bisher für die Ökobilanzierung eine methodische Herausforderung dar. Durch die Integration probabilistischer und dynamischer Elemente konnte eine Methode entwickelt werden, die belastbare Ökobilanzergebnisse unter Berücksichtigung unsicherer Lebensende-Szenarien und verknüpfter Lebenszyklen ermöglicht. Die Methode wurde am Fallbeispiel einer temporären Leichtbauschalenkonstruktion auf Basis eines modularen Holzbausystems angewendet. Zur Analyse der potenziellen Umweltwirkungen wurde hier beispielhaft das Treibhauspotenzial (GWP - Global Warning Potential) im Rahmen einer Monte-Carlo-Analyse unter Berücksichtigung der Unsicherheiten zukünftiger Nutzung untersucht. Dabei ergeben sich klare Vorteile bei einer hohen Anzahl an Umnutzungen gegenüber einer entsprechend hohen Zahl an Neubauten. Darüber hinaus kann gezeigt werden, dass die potenziellen Umweltwirkungen der Konstruktion mit einer Wahrscheinlichkeit von 87 % kleiner als 0,8 kg CO2-Äquivalente je m2 Nettogrundfläche und Jahr liegen.

Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing of end-of-life options for cascade use - Scenarios in the building physics context using the example of lightweight timber constructions
The consideration of temporary, modular buildings based on biobased materials such as wood has so far posed a methodological challenge for life cycle assessment. Based on the integration of probabilistic and dynamic elements, a method could be developed that enables reliable life cycle assessment results taking into account uncertain end-of-life scenarios and linked lifecycles. The method was applied to the case study of a temporary lightweight shell construction based on a modular timber construction system. The potential environmental impacts were analyzed using the example of GWP as part of a Monte Carlo analysis taking into account the uncertainties of future use. There are clear advantages with a high number of conversions compared to a correspondingly high number of new buildings. Furthermore, it could be shown that the potential environmental impacts of the construction are less than 0.8 kg CO2-equivalents per m2 net floor area and year with a probability of 87 %.

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Harder, Nadine; Leistner, Philip; Schlegl, Friederike; Albrecht, Stefan; Park, SumeeBauphysikalische und ökologische Potenziale von adaptiven LeichtbaukonstruktionenBauphysik5/2018307-318Fachthemen

Kurzfassung

Die zunehmende Inanspruchnahme von Ressourcen und die damit einhergehenden Umweltauswirkungen rücken im Bauwesen immer weiter in Vordergrund. Derzeit sind die beiden Disziplinen für etwa 60 % des Ressourcenverbrauchs sowie für etwa 35 % des Energieverbrauchs verantwortlich [1, 2]. Dieser Anteil könnte noch steigen, wenn alle Bauten eine konventionelle Weise verlangen, da die Weltbevölkerung weiter zunimmt. Prognosen gehen von einem Anstieg der Weltbevölkerung bis 2100 von derzeit knapp 7,5 Milliarden auf etwa 11,2 Milliarden Menschen aus [3]. Um der wachsenden Weltbevölkerung sowie der großen Ressourceninanspruchnahme gerecht zu werden, sind innovative, ressourcensparende Leichtbaukonstruktionen unumgänglich. Aktuelle Forschungsarbeiten erweitern das Spektrum hin zu adaptiven Leichtbaukonstruktionen, die es erlauben, bauphysikalische Eigenschaften gezielt anzupassen, um letztlich den extensiven Baustoffeinsatz zu reduzieren. Zur Quantifizierung und Verifizierung der damit verbundenen Potenziale in puncto Nachhaltigkeit wurden die Einflüsse der Adaptivität von Leichtbaukonstruktionen auf deren bauphysikalisches Verhalten sowie deren Ökobilanz erfasst und beschrieben.

Physical and environmental potentials of adaptive lightweight constructions
The increasing use of resources and the associated environmental effects are becoming more and more important in architecture and construction. Currently, the two disciplines are responsible for about 60 % of resource consumption and about 35 % of energy consumption [1, 2]. This percentage may rise, if all men demand conventional buildings since the world population continues to increase. Forecasts predict an increase in the world population by 2100 from currently just under 7.5 billion to around 11.2 billion people [3]. Innovative, resource-saving lightweight constructions are indispensable in order to meet the growing world population and the large demand for resources. Latest research work extends the spectrum to adaptive lightweight constructions, which make it possible to manipulate building physical properties in a targeted manner. They are attributed with great potential in terms of their slimness, low mass and heat storage capacity, sustainability and the associated ecobalance. In order to be able to verify and quantify these potentials, the influences of the adaptivity of lightweight constructions on their structural-physical behaviour and their ecological balance were simulated and described for the first time.

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DBU Fachinfo für nachhaltige SchulbautenBauphysik5/2018318Aktuell

Kurzfassung

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Lengsfeld, Kristin; Rösler, Doris; Krus, Martin; Holl, Kristina; Bichlmair, Stefan; Kilian, Ralf; Klemm, LarsSimulationsrechnungen zur klimastabilen Auslegung von Depots und Archiven bei Sanierung und NeubauBauphysik5/2018319-328Fachthemen

Kurzfassung

In Kunstdepots und Archiven ist es erforderlich, ein möglichst konstantes Raumklima zu gewährleisten, um Schädigungen am Archivgut zu vermeiden. Darüber hinaus handelt es sich hier um einen Gebäudetypus, der in der Regel lange Zeit genutzt wird. Daher ist die Frage nach den laufenden Energiekosten von besonderer Relevanz. Hier können über passive Maßnahmen bereits gute Ergebnisse erzielt werden, die sowohl ein gutes Raumklima für die Erhaltung der Kulturgüter, als auch einen energie- und damit kosteneffizienten Betrieb gewährleisten. Nachfolgend werden verschiedene Sanierungsmöglichkeiten eines bestehenden Gebäudes sowie Varianten für eine Depoterweiterung und einen Depotneubau mit Hilfe von hygrothermischen Gebäudesimulationen in Hinblick auf die Stabilität des Innenraumklimas beurteilt und bewertet. Der Einfluss unterschiedlicher Luftwechselraten sowie die Menge des Archivgutes auf die Stabilität des Raumklimas werden gezeigt.

Simulations and evaluation of the indoor climate of depots and archives
Art depots and archives require constant indoor air climate to avoid damage or degradation of archived goods. In addition this type of building has a long life expectancy. Therefore, operation energy costs are of particular importance. Passive measures show good results with regard to the indoor air conditions and help to save energy and subsequently depot building operation costs. In this paper, several retrofit variants designed for an existing building and different extension/remodeling cases for an existing building as well as for a new building of a museum depot have been investigated by hygrothermal building simulation. The evaluation of the results focuses on the stability of the indoor air climate and the operation energy demand. The influence of different air change rates and the effect of type and number of archive goods are analyzed.

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Grimme, Mirjam; Gramm, Rafael; Mitterer, Christoph; Künzel, HartwigUntersuchung der luftreinigenden Wirkung einer temperierten Wasserwand in Innenräumen hinsichtlich Feinstaub PM10Bauphysik5/2018329-335Fachthemen

Kurzfassung

Zum Zwecke der Raumluftkonditionierung wurde am Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP ein vertikales Flächenelement entwickelt, über das temperiertes Wasser fließt. Da es sich bei diesem Element um eine Art Zimmerbrunnen handelt, der die Raumluft sowohl kühlt als auch be- oder entfeuchtet, wird diese Anlage auch als Klimabrunnen bezeichnet. Aufgrund von Beobachtungen besteht die Vermutung, dass dieser Klimabrunnen auch in der Lage ist, die umgebende Luft von Fremdpartikeln zu reinigen. Am Beispiel von Feinstaub der Größe PM10 wurde daher mithilfe eines Grimm-Messgerätes untersucht, wie sich eine einmalig eingebrachte Feinstaubmenge vor dem Klimabrunnen verhält und welchen Einfluss die Wassertemperatur auf den zeitlichen Verlauf der Schadstoffkonzentration hat. Die Auswertung der Messergebnisse zeigt einen beachtlichen Zusammenhang zwischen Wassertemperatur und Abnahmegeschwindigkeit der Feinstaubmenge in der Luft. Ein auf 7 °C gekühlter Klimabrunnen schafft es, die PM10-Konzentration ausgehend von 200 &mgr;g/m3 rund 21 Minuten schneller unter den gesetzlichen Grenzwert von 50 &mgr;g/m3 zu senken als ein ungekühlter Klimabrunnen. Die Reduktion auf unter ein Prozent der Startmenge geschieht sogar über eine Stunde schneller. Dabei spielt nachweislich die Luftzirkulation eine bedeutende Rolle, die aufgrund von Konvektion infolge der Temperaturunterschiede an der Grenzschicht zwischen Wasser und Raumluft entsteht. Hier zeigt sich ein klarer Vorteil des Klimabrunnens gegenüber ungekühlten Wasserwänden.

Experimental study of the air purifying effect of the chilled water wall in indoor facilities regarding particulate matter PM10
. The Chilled Water Wall, a vertical panel over which temperature-controlled water flows, was developed at the Fraunhofer Institute for Building Physics IBP for indoor air conditioning. Due to observations, it is assumed that the Chilled Water Wall is able to clean the surrounding air from external particles. Using the example of fine dust of the size PM10, the examination with a GRIMM instrument shows how a concentration of introduced pollutants changes over time with the help of the Chilled Water Wall and reveals the influence of the water temperature on the chronological trajectory. The evaluation of the test indicates a significant coherence between the water temperature and the decline velocity of the fine dust volume in the air. The Chilled Water Wall cooled down to 7 °C is capable of reducing a PM10 concentration of 200 &mgr;g/m3 at the beginning of the measurement to below the statutory value of 50 &mgr;g/m3 about 21 minutes faster than the uncooled Water Wall. The reduction to under one percent of the initial amount of fine dust volume happens even more than one hour faster. Evidently, air circulation, which results from convection due to the differences in temperature at the barrier between the water and the indoor air, plays an important role here. In this case the Chilled Water Wall shows its clear advantage over uncooled water panels.

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Mayer, Erhard; Kersken, Matthias; Zegowitz, AndreasMessung des konvektiven Wärmeübergangs - Entwicklung eines neuen Sensors und bauphysikalische AnwendungenBauphysik5/2018336-343Fachthemen

Kurzfassung

Die Erfassung konvektiver Wärmeströme von einem Fluid (z. B. Luft) in angrenzende Oberflächen und umgekehrt, ist oft Gegenstand angewandter Forschung, auch in der Bauphysik: z. B. bei der Berechnung der Energiebilanz von Gebäuden, der Wirkung von Heizflächen, der Untersuchung von Zugluft. Ein konvektiver Wärmestrom ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Fluid und der angrenzenden Oberfläche sowie dem konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten hc. Da hc von der Luftbewegung an der Oberfläche bestimmt wird, diese aber meist örtlich und zeitlich variiert, also schwer zu messen ist, werden oft Rechenmodelle zur numerischen Strömungssimulation eingesetzt: Computational Fluid Dynamics, CFD. Hierbei werden die sog. Navier-Stokes-Gleichungen numerisch gelöst. Anschließend werden die hc-Werte im Post-Processing errechnet. Dies geschieht ebenfalls nur näherungsweise, da diese Gleichungen nicht exakt gelöst werden können. Eine Alternative zu dieser mathematischen hc-Bestimmung stellt die Messung von hc mit dem hier vorgestellten im Fraunhofer IBP neu entwickelten Convective Heattransfer Meter, CHM dar. Dieses Gerät misst die Temperaturgrenzschichtdicke d an der angeströmten Oberfläche und ermittelt hc über die Beziehung hc = &lgr;/d, mit &lgr;, dem Wärmeleitkoeffizienten des Fluids. Sowohl in einem Versuchsraum als auch im Freiland wurden bauphysikalische Einsatzmöglichkeiten des CHMs nachgewiesen.
Beide o.g. Methoden zur Ermittlung von konvektiven Wärmeströmen ergänzen einander insofern, als in Zukunft CHM-Sensoren zur Validierung von CFD-Berechnungen eingesetzt werden können. Z.B. können mithilfe von lokal durchgeführten physikalischen CHM-Messungen an einer Wand “globale” CFD-Näherungen für die gesamte Wand angepasst werden.

Measuring the convective heat transfer - development of a new sensor and some applications in the field of building physics
Recording convective heat fluxes from some fluid (e.g. air) into any surface- and vice versa- often is a task in applied research. This holds too for building physics, e.g. computing the energy balance of buildings, the effectivity of heating surfaces, the physical cause for unwanted local cooling (draught). The convective heat flux is the product of the difference of temperatures between the fluid and the adjacend surface and the convective heat transfer coefficient hc. The air movement close to the surface determines hc. But the accurate measurement of velocities and directions of the currents is nearly impossible because of its spacial and temporal fluctuations. Therefore flow conditions at surfaces often are only calculated by Computational Fluid Dynamics (CFD). Here the Navier-Stokes -equations are solved numerically. Subsequently the hc-values are calculated by Post-Processing, but also only numerically because these equations cannot be solved exactly. An alternative to the mathematical determination of hc is its measurement, using the here presented new Convective Heattransfer Meter (CHM), developed at Fraunhofer IBP. Its principle is to measure the thickness of the temperature boundary layer d close to the surface. And hc follows from hc = &lgr;/d, &lgr; the thermal conductivity coefficient of the fluid.
Two successful applications of the CHM in the field of building physics are presented: one indoor and one outdoor experiment. Both a.m. methods to record the convective heatflux complement one another because CHMs can be used to validate CFD-calculations in future. E.g. local CHM-measurements on a wall area can be used to fit global CFD- approximation results for the whole wall.

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Deutsches Institut für vorbeugenden Brandschutz: Brandschutzwissen gemeinsam nutzenBauphysik5/2018343Aktuell

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Mehra, Schew-RamDigitalisierung und Lehre der BauphysikBauphysik5/2018344-357Fachthemen

Kurzfassung

Digitale Technologien durchdringen zunehmend den Alltag der Menschen. Sie bringen Vorteile mit sich, stellen aber gleichzeitig Benutzer vor neue Herausforderungen. Diese neuen Techniken sind auch zu einem wichtigeren Bestandteil der Hochschulausbildung geworden und bieten Möglichkeiten und Chancen, durch die das Lehren und Lernen andere Dimensionen und innovative Formen annehmen. Die akademische Lehre wird dadurch flexibilisiert, zeit- und ortsunabhängig und qualitativ verbessert - vorausgesetzt, die digitalen Medien werden methodisch, didaktisch und technisch richtig eingesetzt.
Gerade in der Bauphysik sind diese Lehrmethoden sehr gut umsetzbar. Aufgrund zunehmender Nutzeransprüche und steigender funktionaler, umweltbezogener und administrativer Anforderungen an Bauten sowie zunehmende Bauschäden und Fachkräftemangel ist idealerweise eine ganzheitliche bauphysikalische Aus- und Weiterbildung erforderlich. Der Lehrstuhl für Bauphysik (heute Institut für Akustik und Bauphysik) der Universität Stuttgart hat bereits seit fast zwanzig Jahren in der Lehre eine Vielzahl von digitalen Entwicklungen durchgeführt, erprobt und umgesetzt. Die Lücke zur Weiterbildung von praktizierenden Ingenieuren und Architekten schließen. “Master Online Bauphysik”, Master Online Akustik und “Klima- und Kulturgerechtes Bauen”. Das entwickelte virtuelle Labor stellt einen wichtigen Schritt zu Modernisierung der beruflichen Fort- und Weiterbildung dar.

Digital technologies are increasingly permeating people's daily lives
They bring benefits but at the same time present users with new challenges. They have also become a more important part of university education and offer opportunities for teaching and learning to take on different dimensions and innovative forms. This will make academic teaching more flexible, time and location independent and qualitatively improved - presumed digital media is used methodically, didactically and technically correct.
Especially in building physics, these teaching methods are very easy to implement. Due to increasing user demands and increasing functional, environmental and administrative requirements for buildings as well as increasing building damage and a shortage of qualified expert, holistic building physics education and training is required. The Department of Building Physics (today the Institute for Acoustics and Building Physics) at the University of Stuttgart has been carrying out a large number of digital developments for almost 20 years, testing them and applying them in teaching. The gap to training practicing engineers and architects close “Master Online Building Physics”, Master Online Acoustics” and “Master Online Climate- and Culture-Adapted Building.” The developed virtual laboratory represents an important step towards the modernization of vocational education and training.

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WDVS-Planungsatlas erweitertBauphysik5/2018357Aktuell

Kurzfassung

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Leistner, Philip; Kaufmann, Andreas; Koehler, Mark; Würth, Michael; Hofbauer, Wolfgang Karl; Dittrich, Sebastian; Maier, Stephanie; Gordt, Antonia; Jäger, MichaelBauphysik urbaner OberflächenBauphysik5/2018358-368Fachthemen

Kurzfassung

Baulich-räumliche Gestalt und urbane Flächennutzung gehören zu den wesentlichen transformativen Handlungsfeldern der Städte. Lebens- und Umweltqualität, Identität und Eigenart sowie die Teilhabe in der kommunalen Gesellschaft werden durch urbane Oberflächen maßgeblich beeinflusst. Die meisten urbanen Oberflächen sind bislang auf die dauerhafte Erfüllung einzelner Zwecke ausgerichtet, bieten aber einen größeren Gestaltungsspielraum bezüglich Funktionalität und Adaptivität, Qualität und Effizienz. Es ist deshalb sinnvoll, das bauphysikalische Wirkpotenzial urbaner Oberflächen ganzheitlich zu erschließen, zu bewerten, technologisch zu erweitern und praxistauglich zu erproben. Angesichts wachsender Belastungen urbaner Strukturen durch klimatisch bedingte Einflüsse, wie Überflutung, extreme Wetterlagen oder Hitzeinseln, werden neue Möglichkeiten, Verfahren, Systeme oder Materialien zur Verbesserung der Resilienz notwendig. Im Beitrag werden exemplarische Entwicklungen vorgestellt, die sich ergänzen und zusammenfügen lassen. Hydroaktive Oberflächen puffern Regenwasser und geben es zeitverzögert ab, um Hitze und Überflutung gleichermaßen zu reduzieren. Begrünte Fassaden verbessern Stadtklima und Luftqualität. Schallabsorbierende Fassaden verringern innerstädtischen Lärm. Die optimierte Reinigung von Verkehrs- und Freiflächen reduziert den Instandhaltungsaufwand. Die Betrachtung von Bewirtschaftungsprozessen mittels Ökobilanz zeigt Optimierungspotenziale kommunaler Stoffströme auf.

Building physics in towns
Structural-spatial form and urban land use are among the main transformative fields of action of cities. Quality of life and the environment, identity and individuality as well as participation in local society are significantly influenced by urban surfaces. Most urban surfaces have so far been designed for the long-term fulfilment of individual purposes, but offer greater scope for design in terms of functionality and adaptability, quality and efficiency. It therefore makes sense to develop, evaluate, technologically expand and test the potential of urban surfaces in terms of building physics as a whole. In view of growing stress on urban structures due to climate-induced influences, such as flooding, extreme weather conditions or heat islands, new possibilities, processes, systems or materials are needed to improve resilience. The article presents exemplary developments that can be supplemented and combined. Hydroactive surfaces buffer rainwater and release it with a time delay to reduce heat and flooding equally. Green facades improve city climate and air quality. Sound-absorbing facades reduce inner-city noise. Optimized cleaning of traffic and open spaces reduces maintenance costs. The assessment of management processes by means of a life cycle assessment shows the potential for optimizing municipal material flows.

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Johann, Sabine; Schwerd, Regina; Scherer, Christian R.Verhalten von aus Baustoffen ausgelaugten Bioziden bei der BodenpassageBauphysik5/2018369-378Fachthemen

Kurzfassung

Biozide werden zahlreichen Bauprodukten zum Schutz des Materials vor Bewuchs durch Algen, Pilzen und weitere Mikroorganismen zugesetzt (Filmkonservierung). Damit sie von den Zielorganismen aufgenommen werden können, müssen die Biozide eine gewisse Wasserlöslichkeit besitzen. Diese führt gleichzeitig dazu, dass die Wirkstoffe bei Regenereignissen aus den Bauprodukten ausgelaugt werden und mit dem ablaufenden Regenwasser in den Boden sowie in Grund- und Oberflächenwasser gelangen können. Von einigen Bioziden ist zudem bekannt, dass sie in kommunalen Kläranlagen nicht abgebaut werden. Über das Verhalten der Wirkstoffe bei der Bodenpassage liegen derzeit nur wenige Untersuchungen vor. Um eine Aussage über das Verhalten von Bioziden beim Versickern im Boden treffen zu können, wurde die Bodenpassage der Biozide OIT, DCOIT, IPBC, Isoproturon, Terbutryn, Diuron, Carbendazim und Mecoprop-P mithilfe von Säulenversuchen untersucht. Das Sorptions- und Abbauverhalten der Biozide wurde an zwei modellhaften Bodensorten (Quarzsand und Pflanzerde) beobachtet. Die Konzentrationen der betrachteten Biozide sowie deren Transformationsprodukte im Perkolat wurden per Direktinjektion mittels UPLC-MS/MS bestimmt.

Behaviour of biocides leached from building materialsduring soil passage
Biocides are usually added to building products to protect them from algae, fungi and other microorganisms (film preservation). In order to be absorbed by the target organisms, the biocides must have a certain solubility in water. At the same time, the active substances can be leached out of the construction products during rain events. With this runoff water, biocides can enter the soil as well as ground and surface water. It is also known that some biocides are not degraded in municipal sewage treatment plants. The soil passage of the biocides OIT, DCOIT, IPBC, Isoproturon, Terbutryn, Diuron, Carbendazim and Mecoprop-P was investigated by column experiments in order to be able to make a prediction about the behaviour of biocides during seepage into the soil. The sorption and degradation behaviour of this biocides were tested on quartz sand and topsoil. The concentrations of the biocides and their transformation products in the percolate were determined by direct injection using UPLC-MS/MS.

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Dittrich, Sebastian; Thome, Volker; Nühlen, Jochen; Gruna, Robin; Dörmann, JosephBauCycle - Verwertungsstrategie für feinkörnigen BauschuttBauphysik5/2018379-388Fachthemen

Kurzfassung

Das Fraunhofer-interne Projekt “BauCycle” entwickelt eine ganzheitliche Verwertungsstrategie für feinkörnigen Bauschutt, welcher bisher meist ungenutzt auf Deponien verbracht wird. In einem ersten Schritt wurde eine Methodik zur “chemischen” Sortierung von Bauschutt kleiner 2 mm entwickelt um Störstoffe wie Gips selektiv aus Beton oder Kalksandstein austragen zu können. Basierend auf den Sortiermöglichkeiten fand die Entwicklung von Bauprodukten mit einem signifikanten Anteil an Bauschutt statt. Es konnte ein Porenbetonstein hergestellt werden bei dem der Primärrohstoff Sand zu 30 Ma.-Prozent durch feinkörniges Bauschuttmaterial ersetzt werden konnte. Zudem wurde ein Akustikputz für Innenanwendungen entwickelt, welcher absolut vergleichbar zu marktüblichen Produkten ist. Neben der Entwicklung neuer Produkte steht auch die Betrachtung geltender Richtlinien im Hinblick auf den Einsatz von neuentwickelten Baustoffen sowie deren ökologische Wirkung im Fokus. Dazu wurden relevante Indikatoren wie Rohstoffqualität und -verfügbarkeit definiert und für eine Modellregion dargestellt. Dies geschah nicht zuletzt unter Berücksichtigung logistischer Parameter. Der finale Schritt im Projekt ist die Implementierung einer Handelsplattform über welche Bauschuttfraktionen bedarfsgerecht angeboten bzw. nachgefragt werden können.

BauCycle - a hollistic approach to reuse fine construction and demolition waste
The goal of the Fraunhofer-internal research project “BauCycle” is to develop a holistic approach for the reuse of fine construction and demolition waste (C&DW). In a first step a procedure was implemented to enable a selective separation of C&DW according to the chemical composition of the individual particles. For instance this enables to separate gypsum from the bulk material. Based on the possibilities of separation several products for the building sector were developed. For autoclaved aerated concrete (AAC) we achieved a replacement of 30 wt.-percent of the primary sand by C&DW material. Furthermore, a sound absorbing plaster was developed possessing the same functional properties than commercially available products. Besides the development of new building products the usage of C&DW as a raw material according to applicable regulations and its ecological effectiveness was considered. Parameters like “quality of raw materials” and “availability of raw materials” were predefined and depicted for a model region in Germany. Also logistics were included in this simulation. As a final step a marketing platform is planned to enable a tailor-made trade of C&DW according to a costumers need.

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Bergmann, Antje; Erhorn, HansRealisierte Potenziale der Energieerzeugungsanlagen in Wohngebäuden im Effizienzhaus Plus StandardBauphysik5/2018389-395Fachthemen

Kurzfassung

Die Umsetzung eines nahezu klimaneutralen Gebäudebestands in Deutschland wird nur möglich sein, wenn konsequent Schritt für Schritt die Energieeffizienz bei der Errichtung und speziell beim Betrieb der Gebäude und der Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch gestärkt werden. Die neue Gebäudegeneration “Effizienzhaus Plus” bietet dafür einen innovativen Ansatz. Sie unterstützt den konsequenten Wandel vom Energie verbrauchenden zum Energie gewinnenden Gebäude. Das Effizienzhaus Plus ist nicht an eine bestimmte Technologie gebunden, sondern es kann in einem technologieoffenen Ansatz auf vielfältige Weise durch eine intelligente Kombination von energieeffizienten Bautechnologien und erneuerbaren Energiegewinnsystemen realisiert werden. Im Beitrag werden die realisierten Potenziale des gebäudenah photovoltaisch erzeugten Stroms in den Demonstrationsgebäuden der Forschungsinitiative Effizienzhaus Plus des Bundes analysiert. Sie können als Benchmarks für den frühen Gebäudeentwurf dienen.

Realized potential of energy generation systems in residential buildings meeting the efficiency house plus standard
In Germany, the implementation of a nearly climate-neutral building stock will only be successful if energy efficiency is constantly improved in the sectors of building construction and, particularly, building operation. In terms of building energy consumption, it is also essential that the share of renewable energy will be continuously increased. In this context, the new generation of 'Efficiency House Plus' buildings provides an innovative approach. This new generation of buildings consistently supports the steady transition from energy-consuming buildings towards energy-producing buildings. Since the 'Efficiency House Plus' is not restricted to any specific technology it can be realized in multiple ways, based on an approach that is open to all types of technology, using an intelligent combination of energy-efficient construction technologies and renewable energy generation systems. This report analyses the realized potential of electricity generated by on-site photovoltaic systems at the demonstration buildings of the German federal government's 'Efficiency House Plus' research initiative. These values can be used as benchmarks in the early stages of the building design process.

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Neues AgBB-Schema zur gesundheitlichen Bewertung von BauproduktenBauphysik5/2018395Technische Regelsetzung

Kurzfassung

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Hofbauer, Wolfgang KarlBiofilme mit Amöben, Bakterien und Pilzen im gebauten Umfeld des MenschenBauphysik5/2018396-404Berichte

Kurzfassung

Bei mikrobiellen Untersuchungen von verschiedenen biogenen schwarzen Verfärbungen von Wasserleitungssystemen oder damit verbundenen Einrichtungen wurden unterschiedliche Mikroorganismen festgestellt. Überraschend häufig wurden dabei freilebende Amöben (FLA), insbesonders aus der Gattung Acanthamoeba, beobachtet, die zusammen mit Bakterien und schwarzen Hefen auftraten. Die untersuchten Biofilme legen in dreifacher Hinsicht eine potenzielle hygienische Belastung nahe: das Auftreten potenziell pathogener Amöben, die wahrscheinliche Beteiligung von pathogenen Bakterien und das Vorkommen von opportunistischen Pilzen. Eine charakteristische Kombination von Umweltfaktoren führt zur Entwicklung dieser speziellen Biofilme, nämlich hohe Temperaturen, periodische Feuchte und damit verbundener Wasserstress oder hoher osmotischer Druck bzw. Salzgehalt sowie die Anwendung von Reinigungsmitteln und fallweise von Desinfektionsmitteln.

Amoebae, bacteria and fungi containing biofilms occuring in the built environment
Microbial investigations of various organic black stains from water systems or connected facilities revealed different constituting microorganisms. Surprisingly regularly, free-living amoebae (FLA), especially of the genus Acanthamoeba, together with bacteria and black yeasts were found. Altogether we recognized a potentially three-fold hygienic load emanating from the investigated biofilms which are potentially pathogenic amoebae, the likely involvement of pathogenic bacteria and the presence of opportunistic fungi. Furthermore we realized that the conditions at which such biofilms developed are characterized by a typical combination of environmental factors. These are high temperature, potentially intermittent wetness and connected water stress or high osmotic pressure/salinity and the application of detergents and occassionally disinfectants.

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Aktuell: Bauphysik 5/2018Bauphysik5/2018404-407Aktuell

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Vorreiter der Nachhaltigkeit: die Nominierten des 6. DGNB-Preises “Nachhaltiges Bauen”
Deutscher Fassadenpreis 2018 für Vorgehängte Hinterlüftete Fassaden

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Veranstaltungen: Bauphysik 5/2018Bauphysik5/2018408Veranstaltungen

Kurzfassung

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Vorschau 5/2018Bauphysik4/2018Vorschau

Kurzfassung

Moritz Späh, Mark Köhler, Philip Leistner: Akustik in Sporthallen
Wolfgang Herget, Peter Brandstätt, Jens Rohlfing: Bestimmung von Strömungsgeräuschen an Fassadenelementen
Karlheinz Bay, Andreas Schmol, Peter Brandstätt: Reinigbarer und chemisch beständiger Schallabsorber
Philip Leistner, Andreas Liebl, Noemi Martin: Unerhörte Hotels - Wirkung und Gestaltung der Akustik in Hotels und Restaurants
Johannes Gantner, Rafael Horn, Katrin Lenz, Olivia Jorgji, Matthias Fischer: Integration der Ökobilanz in das Konzept der integralen Planung - Anbindung von LCA an BIM
Rafael Horn, Johannes Gantner: Ökobilanzierung und Lebenszykluskostenrechnung mit Fokus auf das Lebensende - Szenarien im bauphysikalischen Kontext am Beispiel von Holz-Leichtbau-Konstruktionen
Nadine Harder, Friederike Schlegl, Stefan Albrecht, Sumee Park, Philip Leistner: Bauphysikalische und ökologische Potentiale von (adaptiven) Leichtbaukonstruktionen
Kristin Lengsfeld, Doris Rösler, Martin Krus, Lars Klemm: Depots und Archive
Mirjam Grimme: Experimentelle Untersuchung der luftreinigenden Wirkung des Klimabrunnens in Innenräumen hinsichtlich Feinstaub PM10
Erhard Mayer; Andreas Zegowitz, Matthias Kersken: Messung des konvektiven Wärmeübergangs - Entwicklung eines neuen Sensors
Philip Leistner, Andreas Kaufmann, Wolfgang Hofbauer, Michael Würth, Mark Koehler: Bauphysik urbaner Oberflächen

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Inhalt: Bauphysik 4/2018Bauphysik4/2018Inhalt

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Titelbild: Bauphysik 4/2018Bauphysik4/2018Titelbild

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JACKODUR® Plus im Praxis-Einsatz -
Das Wohnbaugebiet “Magnoliengärten” mit ca. 4.000 m2 Dachfläche ist ein grünes Refugium in Hamburg-Lohbrügge. Das extensiv begrünte Umkehrdach sorgt für die nachhaltige und effiziente Gebäudedämmung.

Die Herausforderung: Gründachausführung als grünordnerische Maßnahme mit positiven Effekten auf: Stadtklima, Wasserhaushalt, Stadtökologie, Schallschutz; Bauzeitoptimierung durch zeitsparende Ausführung eines Umkehrdachs; Erfüllung der Bauanforderungen nach EnEV 2014 und KfW 55-Vorgaben.

Die Lösung: Einsatz von JACKODUR® Plus 320 mm und JACKODUR® Dachvlies WA; U = 0,100 W/(m2K)

Das Fazit: minimale U-Werte gemäß KfW 55 - ohne Verlust von Wohnfläche; schlanker Dachaufbau, weniger Dämmstoff, schnellere Verarbeitungszeit = günstige Ökobilanz in Herstellung, Logistik und Bauzeit (Abb.: Bonava Deutschland GmbH)

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Fahrion, Marc-Steffen; Sinn, Michel; Altinisik, Leman; Draeger, Susan; Sobek, WernerAKTIVkrankenhaus - Modernisierungsstrategie für ein klimaneutrales KrankenhausarealBauphysik4/2018169-179Fachthemen

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Die Waldkliniken im thüringischen Eisenberg haben als erstes Krankenhaus das Ziel, ihren Gebäudebestand sowie die geplanten Neubauten durch den Zubau erneuerbarer Energien und eine intelligente Verbrauchssteuerung in naher Zukunft klimaneutral zu versorgen und somit den von Werner Sobek entwickelten Aktivhaus-Standard für ein gesamtes Krankenhausareal zu erfüllen. Im Rahmen einer durch das Thüringer Ministerium für Umwelt, Energie und Naturschutz sowie den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Studie wurde eine entsprechende Modernisierungsstrategie entwickelt. Infolge des aktuell noch sehr hohen Energieverbrauchs wurden zunächst Effizienzpotenziale im Bestand analysiert. Im Anschluss fand eine Untersuchung der am Standort erschließbaren regenerativen Energiequellen statt. Darauf aufbauend wurden ein kurzfristig umsetzbares Energiekonzept sowie eine mittelfristige Modernisierungsstrategie entwickelt. Diese erlaubt es, bis zum Ende der 2040er Jahre ein AKTIVkrankenhaus zu realisieren und darüber hinaus sogar am Regelenergiemarkt teilzunehmen und somit die Energiewende überregional zu unterstützen.

Modernization strategy for a carbon-neutral hospital.
The Waldkliniken (“Forest Hospital Clinics”) in the East German town Eisenberg are planning to increase their use of renewable energy and implement intelligent consumption control in order to achieve their short-term goal of becoming the first hospital facility to provide climate-neutral power for all of its existing and future buildings. In so doing, the Clinics also aspire to create the very first complete hospital site to comply with the Aktivhaus standard developed by Werner Sobek. An appropriate modernisation strategy for the Waldkliniken was accordingly drawn up as part of a study funded by the Thuringian Ministry for the Environment, Energy and Nature Conservation and the European Regional Development Fund (ERDF). Due to the very high levels of energy currently consumed by the Clinics, the study's first step was to analyse the efficiency potentials in the existing structures before examining the sources of renewable energy that might be accessed on site. This research was used as the basis for developing both a short-term energy concept and a medium-term modernisation strategy which will allow the Waldkliniken to attain the “AktivHospital” standard by the end of the 2040s and even participate in a balancing energy market, thus supporting the transition to renewable energy on a supraregional level.

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Wärmeschutz und Blendwirkung - Energieeffizienz bei DachoberlichternBauphysik4/2018179Aktuell

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Lung, ThomasZur Validierung von prognostizierten Verschattungszeiten im Umfeld städtischer BebauungBauphysik4/2018180-186Fachthemen

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Es wird ein Prognosemodell zur Berechnung von Verschattungszeiten für komplexe Bebauungsstrukturen vorgestellt, das ausschließlich auf mathematisch-physikalischen Gesetzmäßigkeiten beruht und keine Konventionswerte, Normvorgaben oder Hypothesen verwendet. Eine Überprüfung der prognostizierten Verschattungszeiten durch Beobachtungen der Schattenperioden im Umfeld von vier Berliner Hochbauten ergab gute Übereinstimmungen innerhalb der zu erwartenden Fehlermargen, die in der Hauptsache durch Koordinatenrundung der Gebäudekubatur und des Beobachterortes auf ganze Meter bedingt sind. Dabei dient das hier vorgestellte Berechnungsmodell nicht der Visualisierung von Gebäudeschatten für Verschattungsstudien, sondern der präzisen und validierten Errechnung von Verschattungszeiten an vorgegebenen Aufpunkten auf der Grundlage eines möglichst einfach und schnell zu erstellenden digitalen dreidimensionalen Gebäudemodells. Es ist sowohl für Bestandssituationen als auch für bauvorhabenbezogene Neu- oder Umbauten nutzbar. Das Prognosemodell ProShad wird auch dazu eingesetzt, Verschattungszeiten im Umfeld von Gebäudekomplexen als dreidimensionale Matrix zu berechnen, so dass Horizontal- und Vertikalschnitte durch den Schatten(stunden)raum z. B. als Bodenschattenkarten oder Fassadenverschattungen in Isoflächendarstellung von Intervallen der Verschattungsstunden eine flächendeckende Übersicht geben.

On validating predicted shading duration in built-up areas:
We present a prediction model of shading duration in complex building structures. The model is based purely on the laws of maths and physics, with no conventional values, standard figures or hypotheses. We checked the predicted shading times by observing the shading periods in the areas surrounding four high-rise buildings in Berlin: our figures were in line with predictions, within the expected margin of error. This margin arises mainly from rounding the coordinates for both the building's cubature and the position of the observer to the nearest whole metre. Hence the calculation model presented here is not used to visualise building shadows for shading studies, but instead for a precise, validated calculation of shading duration at specific reference points based on a 3-D building model which is as quick and easy as possible to generate. This can be used in existing scenarios, as well as in planning new builds and renovations. The ProShad prediction model is also used to calculate shading duration around building complexes as a three-dimensional matrix, so that horizontal and vertical sections through the shading (duration) area can provide a comprehensive overview, for example as ground shading maps or with façade shading shown as isosurfaces at intervals during the shading period.

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