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Im Memorandum des Ingenieurdialogs “Zukunftssicherung des Ingenieurwesens in Deutschland” wurde 2001 angesichts sinkender Absolventenzahlen und ständig wachsender Anforderungen gefordert, neben der grundständigen Ausbildung auch die wissenschaftliche Weiterbildung an den Universitäten und Hochschulen stärker zu etablieren. Zeitgleich ist in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung von Computer- und Netzwerktechnologien zu verzeichnen. Diese neuen Technologien nicht als technische Spielerei, sondern in didaktisch sinnvollen Szenarien zielgerichtet einzusetzen ist eine Aufgabe, der sich die Universitäten und Hochschulen stellen sollten. Über die Vermittlung fachlicher Inhalte hinaus, sollen bei den Lernenden Schlüsselqualifikationen wie Lern-, Kommunikations- und Medienkompetenzen ausgebaut werden. Die Bund-Länder-Kommission für Bildungsplanung und Forschungsförderung fördert seit 2005 das Projekt eLBau - eLearning Bauphysik, das sich diesen Anforderungen stellt und die Projektergebnisse in ein berufsbegleitendes Masterkonzept umsetzt.

Qualifizierten Evakuierungsübungen ist als Präventivmaßnahme ein beachtlicher Stellenwert beizumessen. Diese Erkenntnis hat sich, möglicherweise auch wegen der zunehmenden Gebäudeautomation, noch nicht sehr verbreitet. Hinzu kommt, dass seitens der Gesetzgebung keine ausdrückliche Pflicht vorgegeben ist. Die Vor- und Nachbereitung solcher Übungen bedarf neben einem breit gefächerten Wissensspektrum auch eines hohen Zeitfaktors. Die vorgestellten Beispiele zeigen signifikante Verhaltensmuster und bestätigen, dass der Mensch nicht als steuerbare Einheit der Gebäudeautomation hinzugefügt werden kann.

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“Man könnte die Tätigkeit eines Volkes in gesundheitlicher oder hygienischer Richtung geradezu als einen Maßstab gebrauchen für die Größe seiner Fähigkeiten in der Kulturgeschichte eine Rolle zu spielen.”
Max von Pettenkofer, 1873 (zitiert nach Usemann [88], S. 38)
“Ein bekannter Architekt ging in seiner Begeisterung für einen solchen platten Internationalismus so weit, daß er die These verkündete: ‘In der Zukunft wird man im hohen Norden genau ebenso bauen wie am Mittelländischen Meer!’ In wenigen Jahren hat sich seine Forderung erfüllt; die Architektur hat eine so schwere Niederlage erlitten, dass sie sich nur sehr langsam davon erholen kann. Wäre es nur ein ästhetischer Irrtum gewesen, so wäre es vielleicht noch nicht einmal so schlimm. Aber die Natur, in diesem Fall das Klima, wird mit ihrer Rache dafür, dass sie so sträflich vernachlässigt wurde, nicht lange auf sich warten lassen.”
Bruno Taut, 1936 (zitiert nach Medina Warmburg [47], S. 392)

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Der Beitrag gibt eine Übersicht über den gegenwärtigen Stand der Entwicklungen eines “Computational Steering” Werkzeuges zur interaktiven Simulation und Bewertung des thermischen Komforts in Innenräumen. Das System besteht aus einem parallelen CFD Rechenkern, einem schnellen 3D Gittergenerator und einer integrierten VR-basierten Visualisierungskomponente. Das numerische Verfahren basiert auf einem hybriden thermischen Gitter-Boltzmann-Verfahren mit Erweiterungen zur Simulation turbulenter konvektiver Raumluftströmungen. Die Nutzung von Techniken des wissenschaftlichen Höchstleistungsrechnens ermöglicht dabei interaktive Veränderungen am geometrischen Modell und an den Randbedingungen zur Laufzeit bei gleichzeitiger Neuberechnung und Darstellung von Ergebnissen. Das Modell wird gegenwärtig um ein Strahlenmodell und ein lokales thermisches Komfortmodell erweitert, das gemeinsam mit Projektpartnern entwickelt wird. Die Anwendung wird anhand der Strömungssimulation des Großraumabteils eines Zuges demonstriert.

Zur Beurteilung der Zuluftverteilung durch einen komplexen Luftdurchlaß werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt und die Daten mit Ergebnissen der numerischen Strömungssimulation (CFD) verglichen. In den CFD Berechnungen wird die gesamte Durchlaßgeometrie sehr detailgetreu berücksichtigt und die Durchströmung des Anschlusskastens mitberechnet. Experimentelle Untersuchungen zur Geschwindigkeitsverteilung werden im Aufenthaltsbereich als auch im Nahfeld des Durchlasses durchgeführt. Der untersuchte Dralldurchlaß erzeugt ein komplexes Strömungsbild und es bilden sich instationäre Strukturen in der induzierten Raumluftströmung. Die berechneten Raumluftgeschwindigkeiten und die Geschwindigkeitsverteilung im Nahfeld des Durchlasses stimmen weitgehend mit experimentellen Daten überein. Es zeigt sich jedoch, daß das gewählte Turbulenzmodell die im Experiment auftretenden großskaligen Wirbelstrukturen nicht wiedergibt. Zusätzlich hat sich gezeigt, daß eine einfache Modellierung des Lochblechs als Quellterm in der Impulsgleichung nicht ausreichend ist.

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Zur Reduktion des Zeitaufwands von dynamisch-thermischen Langzeitsimulationen mit CFD-Programmen wurde in kürzlich veröffentlichten Studien eine neuartige Freeze-Flow Methode vorgestellt. Diese basiert auf der periodischen Umschaltung zwischen der volldynamischen Lösung aller Gleichungen und der ausschließlichen Lösung der Enthalpie-Gleichungen (eingefrorene Luftströmung). Dieser Artikel beschreibt eine neue, angepaßte Regelung für diese Umschaltung, wodurch eine zusätzliche Reduzierung der Simulationszeit erzielt wird. In Tests an Modellen für die mechanische und freie Lüftung sowie der freien Konvektion im geschlossenen Raum für feste und zeitveränderliche thermische Randbedingungen wurde im Vergleich zur ununterbrochenen volldynamischen Simulation eine Simulationszeiteinsparung von bis zu 93% erreicht.

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Am Beispiel eines städtebaulichen Entwicklungsvorhabens in Bottrop-Kirchhellen wird eine vollständige Versorgung eines Baugebietes mit Geothermie vorgestellt. Anhand von Simulationen wurden die Lastprofile der Gebäude ermittelt und mit den geothermischen Simulationen verknüpft. Die Heizlastschwankungen in den Gebäuden stehen jedoch den von den Erdwärmesonden zur Verfügung gestellten und nahezu konstanten Wärmemengen entgegen. Daher ist einerseits die Glättung der Lastprofile durch die Kombination verschiedener gebäudetechnischer Konzepte und andererseits der Einsatz von Speichern von zentraler Bedeutung für eine effiziente Nutzung der Geothermie.

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Die rechnerische Vorhersage natürlicher Lüftungsvorgänge in Gebäuden gestaltet sich aufgrund der Problematik der Randbedingungen und der instationären Natur des Vorganges oft schwierig. Hinzu kommt, daß der reine Lüftungsvorgang lediglich eine Teil information liefert, wenn beispielsweise Nachtlüftungen und die damit einhergehende Entwärmung untersucht werden müssen. Unter Nutzung der Möglichkeiten einer speziellen Finite-Elemente-Methode (FEM) lassen sich Randbedingungsformulierungen finden, die für die Berechnung natürlicher Lüftungsvorgänge geeignet sind. Weiterhin werden Möglichkeiten und Kriterien vorgestellt, instationäre Lüftungsvorgänge unter hygienischen und energetischen Gesichtspunkten zu analysieren. Der energetische Aspekt lässt sich besonders herausarbeiten, wenn man Raumluftströmungsberechnung und thermische Gebäudesimulation geeignet kombiniert.

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[Bauphysik 28, H. 6, S. 368-379 (2006),http://dx.doi.org/10.1002/bapi.200610039]

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Analyse und Evaluierung von thermoaktiven Bauteilsystemen (TABS) und einem Nachtlüftungskonzept hinsichtlich des thermischen Raumkomforts auf Grundlage einer modellbasierten Simulationsstudie. Das Gebäude- und Anlagenmodell wurde in der Simulationsumgebung ESP-r mit Meßdaten aus Experimenten in einem Niedrigenergie-Bürogebäude validiert. Die Untersuchung umfaßt: Betonkerntemperierung (BKT), Kapillarrohrmatten ohne und mit 20% mikroverkapselten latenten Wärmespeichermaterialien (PCM) im Deckenputz. Zentrale Ergebnisse sind: Die Konditionierung mit Kapillarrohrmatten ermöglicht ein zufrieden stellendes Raumklima vergleichbar mit BKT, die Verwendung von PCM trägt entscheidend zur Reduzierung der Raumtemperaturen bei und der optimale Schmelzbereich des PCM-Speichers liegt in dieser Untersuchung bei 19 bis 22 °C.