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DBU Fachinfo für nachhaltige SchulbautenBauphysik5/2018318Aktuell

Abstract

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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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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

Abstract

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Titelbild: Bautechnik 5/2018Bautechnik5/2018Titelbild

Abstract


Zum Titelbild
Als eines der letzten Teilprojekte der Verkehrsprojekte Deutsche Einheit Nr. 17 ist der Sacrow-Paretzer-Kanal für die Nutzung durch Großmotorgüterschiffe und Schubver bände auszubauen. Hierzu muss das alte Deckwerk zurückgebaut, sowie der Kanal durch Baggerungen breiter und tiefer gestaltet werden. Zur Uferbefestigung wird unter Berücksichtigung ökologischer Aspekte ein neues Deckwerk erstellt, welches begrünt wird, sodass sich später ein natürliches Erscheinungsbild ergibt. Die Bauweisen wurden so gewählt, dass der Eingriff in die Natur minimiert blieb und große Teile der Vegetation in Ufernähe erhalten bleiben konnten. Bereiche, die in den Seen liegen, wurden lediglich mit Holzpfahl-Paketen gesichert. Für die Schifffahrt wurde außerdem noch eine über 300 m lange Liegestelle direkt im Mündungs bereich des Havelkanals errichtet. (Foto: Hülskens)

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Inhalt: Bautechnik 5/2018Bautechnik5/2018Inhalt

Abstract

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Dormann, MichaelPlanung und Errichtung von Ruhehäfen am Niederrhein - Planung und Errichtung von Ruhehäfen am NiederrheinBautechnik5/2018343-348Berichte

Abstract

Der Niederrhein zwischen Duisburg und der Grenze zu den Niederlanden gehört zu den bedeutendsten und meistbefahrenen Binnenwasserstraßen Europas. Im Interesse der Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs wird eine Trennung zwischen dem durchgehenden und dem ruhenden Verkehr immer wichtiger. Für den Streckenabschnitt zwischen Wesel und der deutsch-niederländischen Grenze wurde von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) ein Bedarf von 134 sicheren Liegeplätzen ermittelt, dem lediglich zehn vorhandene Liegeplätze entgegenstanden.
Das Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Duisburg-Rhein plant daher den Bau von zwei Ruhehäfen mit Liegemöglichkeiten für jeweils ca. 40 Binnenschiffe. Ermittelt wurden zwei Kiesabbaugewässer bei Ossenberg (Rhein-km 807,3) und Niedermörmter (Rhein-km 838,0). Innerhalb dieser Gewässer werden Dalbenliegeplätze mit Zugangsbrücken und Schwimmpontons sowie Pkw-Absetzplätze errichtet und neue Verkehrswege angelegt. Zum Schutz der Böschungen kommen technisch-biologische Ufersicherungen zum Einsatz.
Besondere Planungsanforderungen bestehen vor allem in der Vereinbarkeit der Baumaßnahmen mit den Belangen des Umwelt- und Naturschutzes, insbesondere da sich beide Standorte innerhalb des Vogelschutzgebiets Unterer Niederrhein befinden.

Planning and construction of two new resting places at the Lower Rhine
The Lower Rhine between Duisburg and the Netherlands is one of the most frequented inland waterways in Europe. In the interest of safety and efficiency of shipping traffic, a separation of moving and stationary traffic becomes increasingly important. From Wesel to the Dutch-German border 134 resting places are needed, but currently only ten resting places exist.
Therefore, the Waterways and Shipping Office Duisburg-Rhine plans to construct two new resting places for about 40 barges each.
Two gravel ponds near Ossenberg (Rhine-km 807,3) and Niedermörmter (Rhine-km 838,0) are planned as resting places.
Dolphin berths with entrance bridges and floating pontoons, as well as parking areas need to be constructed and new routes have to be build. Technical-organically bank revetments will be installed to protect the slope.
Particularly the compatibility between the planning and the environmental/natural protection constitutes a major challenge for the planers; notably the two locations are situated in a bird reserve.

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Kunz, ClausKonstruktiver Wasserbau in der Normung - Ein aktueller ÃœberblickBautechnik5/2018349-354Berichte

Abstract

Normen des konstruktiven Wasserbaus werden im DIN-Normenausschuss Wasserwesen (NAW), hier Fachbereich Wasserbau (NA 119-02 FB), bearbeitet. Der Fachbereich wird im Zusammenhang mit dem Normenausschuss Wasserwesen und mit seinem Portfolio vorgestellt. In Überarbeitung befindliche Normen werden kurz dargestellt. In einem Ausblick werden weitere Normen benannt, die zeitnah überarbeitet werden sollen, aber auch mögliche künftige Normungsaktivitäten. Der Fachbereich wird hierzu jeweils in den einschlägigen Fachzeitschriften Aufrufe zur Mitarbeit lancieren.

Standardisation of structural hydraulic engineering - an overview
Engineering standards of structural hydraulic engineering are dealt within the DIN Standards Committee for Water Mana gement (NAW), here Department of Hydraulic Engineering (NA 119-02 FB). The department is presented in conjunction with the Water Management Standards Committee and its portfolio. Standards under revision are briefly presented. In an outlook, further standards are named, which should be revised in a timely manner, but also possible future standardisation activities are mentioned. The department will launch calls for cooperation in relevant engineering journals.

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AHO-Umfrage "Wirtschaftliche Lage der Ingenieure und Architekten - Index 2017"Bautechnik5/2018354Firmen und Verbände

Abstract

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Lühr, Stefan; Jäppelt, UlrichGrundinstandsetzung Wehr Geesthacht an der Elbe - Grundinstandsetzung Wehr Geesthacht an der ElbeBautechnik5/2018355-362Berichte

Abstract

Die Wehranlage Geesthacht befindet sich etwa 140 km oberhalb der Elbmündung, südwestlich der Stadt Geesthacht, und wurde in den Jahren 1957-1960 als Bestandteil der Staustufe Geesthacht als vierfeldriges Sektorenwehr mit je 50 m Feldweite errichtet. Die Anlage war für einen angestrebten Stau im Oberwasser von NHN +5,65 m ausgelegt, und mit dem Bau des Wehrs sollte ursprünglich nördlich neben dem vierten Wehrfeld ein Laufkraftwerk errichtet werden. Im Zuge der Planfeststellung wurde der zulässige Stau im Oberwasser auf NHN +4,00 m beschränkt, also 1,65 m niedriger als angestrebt. Das Laufkraftwerk wurde dadurch unwirtschaftlich und nie errichtet. An dieser Stelle befindet sich heute eine feste Überlaufschwelle. Auf den Wehrpfeilern ist eine Straßenbrücke gegründet, die die Bundesstraße 404 über die Elbe führt.
Im Zuge des Betriebs sind am Wehr teils erhebliche Schäden am Massivbau sowie den stählernen Verschlusssystemen entstanden. Zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit und Betriebs sicherheit der Wehranlage ist eine Grundinstandsetzung erforderlich.

Major overhaul of the Geesthacht Weir on the River Elbe
The Geesthacht Weir is located some 140 km upstream from the mouth of the River Elbe, southwest of the town of Geesthacht. It was built between 1957 and 1960 as a four-section weir forming part of the dam at Geesthacht, each section measuring 50 m. The complex was designed for an envisaged dam at an upstream height of 5.65 m above sea level, and in addition to the weir there were originally also plans for the construction of a run-of-the-river power plant to the north of and adjacent to the fourth section of the weir. In the course of the planning approval process, the permissible upstream height of the dam was limited to 4.00 m above sea level, in other words 1.65 m lower than envisaged. As a result, the run-of-the-river power plant would have been uneconomical and was never built. Nowadays there is a fixed overflow sill where it would have stood. The weir's pillars provide the foundations for a road bridge where a main road, the Bundesstraße 404, crosses the River Elbe.
Operation of the weir has led in some cases to considerable damage to the solid structure and the steel closing mechanisms. A major overhaul is necessary to ensure the durability and operational safety of the weir.

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Regenwasser in urbanen RäumenBautechnik5/2018362Nachrichten

Abstract

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Helfers, Björn; Voigt, CarstenSpundwandbaugruben mit großformatigen Rohrdurchführungen - Ersatz des Ahsefluss-Dükers Nr. 33, DHK-km 38,175Bautechnik5/2018363-370Berichte

Abstract

Der Fluss Ahse wird im Bereich des Kurparks Hamm durch einen Düker unter dem Datteln-Hamm-Kanal (DHK) geführt und mündet direkt im Anschluss in die Lippe. Die Dükeranlage befindet sich im Eigentum der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV). Aufgrund des hohen Bau werks alters kann die Prüfung des Gesamtbauwerks nicht mehr stattfinden, da ein Trockenlegungs- und Betretungsverbot angeordnet wurde. Eine gefahrlose Begehung zum Zweck der Bauwerksprüfung ist nicht mehr möglich. Der Ersatz der Dükeranlage liegt im Wohl der Allgemeinheit, da der bestehende Düker aufgrund von Ablagerungen nicht mehr zweifelsfrei imstande ist, die Abflussmengen im Hochwasserfall abzuführen. Ein schadloser Wasserabfluss der Ahse, insbesondere der Hochwasserabfluss, ist durch einen zeitnahen Ersatzneubau zu gewährleisten. Der Bau des Dükers an gleicher Lage kann nicht ausgeführt werden, da in dem Fall während der Bauzeit kein Abfluss der Ahse zur Lippe gegeben ist. Ein vorübergehendes Einleiten der Ahse in den DHK ist nicht möglich, da unterschiedliche Wasserabflüsse zu hohen Wasserständen im Kanal führen. Aus diesen Gründen ist der Neubau mit einem Abstand von 60 m zum bestehenden Bauwerk geplant, um zu verhindern, dass Erschütterungen beim Neubau zu Beschädigungen des vorhandenen Dükers führen.

Sheet pile excavation with large-size pipe-openings - replacement of the Ahsefluss-culvert no. 33, DHK-km 38.175
In the area of the gardens of Hamm, the river Ahse is led by a culvert under the Datteln-Hamm-canal and flows directly after into the river Lippe. The culvert installation belongs to the Federal Waterways and Shipping Administration. Due to the advanced age of the construction, it is prohibited to enter or drain the culvert and for that reason an inspection of the construction is not possible. A safe inspection of the construction for the purpose of an examination is not possible. The replacement of the culvert pursues general interest because, due to deposition, the existing culvert is not capable to drain large flows during flooding. A harmless water discharge of the Ahse, particularly the flood discharge, is to ensure by a prompt replacement construction. A construction of a culvert at the same position is not possible, because during the construction period the flow from the Ahse to the river Lippe is not given. A temporary discharge of the Ahse into the DHK is not feasible, because different stream flows would lead to too high-water levels in the canal. For these reasons, a replacement construction with a distance of 60 m to the existing one is planned, in order to avoid vibrations that could damage the existing culvert.

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Grünthal, Gottfried; Stromeyer, Dietrich; Bosse, Christian; Cotton, Fabrice; Bindi, DinoNeueinschätzung der Erdbebengefährdung Deutschlands - Version 2016 - für DIN EN 1998-1/NABautechnik5/2018371-384Aufsätze

Abstract

Die grundlegenden seismischen Lastannahmen für den neuen Nationalen Anhang DIN EN 1998-1/NA resultieren aus der vom Deutschen Institut für Bautechnik geförderten Neueinschätzung der Erdbebengefährdung Deutschlands. Sie gründet sich auf eine umfassende Einbeziehung aller zu berücksichtigenden Unsicherheiten in Eingangsmodellen und -parametern und die Bereitstellung eines rationalen transparenten Rahmens zu deren Umsetzung. Das Vorgehen ermöglicht die solide und robuste Berechnung sowohl von Mittelwerten als auch jeglicher Quantile von geforderten Parametrisierungen seismischer Last annahmen. Wesentliche Verbesserungen des Gefährdungsmodells beruhen auf aktualisierten und erweiterten Datenbeständen, umfassenden Unsicherheitsbereichen von Modellen, stabilen Methoden und ausgewählten Bodenbewegungsmodellen jüngster Generation. Die berechneten Gefährdungsparameter entsprechen den nutzerbezogenen Anforderungen und wurden für Felsuntergrund (vS30 = 800 m/s) und mittlere Wiederholungsperioden von 475, 975 und 2475 a berechnet und in Form von gefährdungskonsistenten Antwortspektren, seismischen Gefährdungskarten für spektrale Antwortbeschleunigungen und für makroseismische Intensitäten standardmäßig als Mittelwerte, Mediane und 84 %-Quantile bereitgestellt. Die resultierenden Unsicherheiten der Gefährdungsparameter werden analysiert und die Stabilität der Gefährdungskarten bezüglich früherer Versionen sowie ihre Kompatibilität zu Gefährdungseinschätzungen von Nachbarstaaten diskutiert.

Reappraisal of the seismic hazard assessment of Germany - version 2016 - for DIN EN 1998-1/NA
The basic seismic load parameters for the upcoming national design regulation for DIN EN 1998-1/NA result from the reassessment of the seismic hazard supported by the German Institution for Civil Engineering (DIBt). This study is based on a comprehensive involvement of accessible uncertainties in models and parameters. It includes the provision of a rational framework for integrating epistemic uncertainties and aleatory variabilities in a comprehensive way and incorporates significant improvements. It is based on updated and extended databases, robust methods to evolve sets of models representing epistemic uncertainties and a selection of latest ground-motion prediction equations.
The output specifications were designed according to the user oriented needs. Seismic load parameters are calculated for rock conditions, mean return periods of 475, 975 and 2475 yrs and delivered as uniform hazard spectra, seismic hazard maps for peak ground acceleration, spectral response accelerations and macroseismic intensities. Results are supplied as mean, median and 84th percentile. Resulting uncertainties of calculated seismic load parameters are analyzed. The stability of the hazard maps with respect to previous versions and cross-border comparisons are emphasized.

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Kindler, Arne; Großwig, StephanDistributed Strain Sensing in der Geotechnik - Empfehlungen für ortsverteilte faseroptische Dehnungsmessungen in der GeotechnikBautechnik5/2018385-394Berichte

Abstract

Mit dem vorliegenden Beitrag soll eine Empfehlung für den Einsatz der ortsverteilten faseroptischen Dehnungsmessung (Distributed Strain Sensing) in der Geotechnik gegeben werden. Hintergrund hierfür ist der vermehrte Einsatz dieses Messverfahrens im Spezialtiefbau. Das Feld der ortsverteilten faseroptischen Sensortechnik ist ein weitgefächertes Gebiet. So gibt es Messverfahren für dynamische (Zeitauflösung im kHz-Bereich) und nicht dynamische Messungen (Zeitauflösung im MHz-Bereich bis stationär). Das in diesem Beitrag behandelte Messgebiet bezieht sich ausschließlich auf nicht dynamische Dehnungsmessungen mittels Distributed Sensing. Der Beitrag umfasst eine Kurzdarstellung/Gegenüberstellung zwischen Einzelpunktmessung und ortsverteilter Messung, dem “Distributed Sensing”. Darüber hinaus wird kurz das bisherige Einsatzgebiet für das Distributed Strain Sensing dargestellt und mit ausgeführten Beispielen unterlegt. Die Autoren versuchen trotz einer Vielzahl eigener Arbeiten die Referenznachweise weit zu fassen. Im Weiteren werden die wesentlichen erforderlichen faseroptischen Kabelkonstruktionen aufgezeigt und konstruktive Hinweise zur Montage gegeben. Abschließend werden Hinweise zum Mindestumfang eines Messberichts sowie zur Auswertung von “Distributed Strain Sensing”- Messungen gegeben.
Es ist angedacht, in einem weiteren Beitrag Hinweise zur Ausschreibung der “Distributed Strain Sensing”-Messungen in der Geotechnik zu geben, um dem ausschreibenden Ingenieur ein Arbeitsmittel an die Hand zu geben, damit der Planer im Ergebnis seiner Vergabe das gewünschte Messverfahren erhält.

Distributed Strain Sensing in geotechnical - a first standard for fiber optic strain measurements in geotechnical engineering
The aim of this paper is to provide a recommendation for the use of Distributed Strain Sensing in geotechnical engineering. The reason for this is the increased use of this measurement method in special civil engineering. The field of distributed fiber optic sensor technology is a broad field. There are measuring methods for dynamic (time resolution in the kHz range) and non-dynamic measurements (time resolution in the MHz range up to stationary). The measurement area dealt with in this paper refers exclusively to non-dynamic strain measurements by means of distributed sensing. The article contains a brief description/comparison between single point measurement and distributed sensing. In addition, the previous field of application for Distributed Strain Sensing is briefly described and illustrated with examples. Despite a large number of their own works, the authors try to keep the references as broad as possible. In addition, the essential required fiber optic cable constructions are described and constructive hints for assembly are given. Finally, information on the minimum scope of a measurement report and the evaluation of “Distributed Strain Sensing” measurements are given.
In a further contribution, it is planned to provide information on the call for tenders for the “Distributed Strain Sensing” - for measurements in geotechnical engineering - in order to provide the engineer who issued the tender with a tool to enable the planner to obtain the desired measuring method as a result of his contract award.

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