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Inhalt: Bauphysik 6/2011Bauphysik6/2011Inhalt

Abstract

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L√ľking, Rolf-MichaelDie Effizienz von Kraft-W√§rme-Kopplung: ein Vorschlag zu einem neuen BewertungsansatzBauphysik6/2011329-337Fachthemen

Abstract

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die gleichzeitige Gewinnung thermischer und mechanischer Energie aus Brennstoffen, gilt als eine der Schlüsseltechnologien zur Verringerung des Primärenergieverbrauchs. Allerdings ergibt sich aus den unterschiedlichen energetischen Qualitäten der gewonnenen Wärme und des meist direkt aus mechanischer Energie generierten Stroms die Schwierigkeit, die Effizienz konkreter Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozesse genau zu bestimmen. Im Kontext der energetischen Bilanzierung von Gebäuden, wie z. B. im Rahmen der Ausstellung von Energieausweisen für neue oder bestehende Gebäude, sind über die Energieeinsparverordnung (EnEV) als Rechenregeln die Normen DIN V 18599 bzw. DIN 4108-6 in Verbindung mit DIN 4701-10 eingeführt, die auch ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Kraft-Wärme-Kopplung beinhalten. Die Richtlinie 2004/8/EG vom 11. Februar 2004 “über die Förderung einer am Nutzwärmebedarf orientierten Kraft-Wärme-Kopplung im Energiebinnenmarkt“ verfolgt einen grundsätzlich anderen Ansatz zur Bestimmung der Effizienz von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Beide eingeführten Verfahren führen in der Anwendung auf konkrete Anlagen zu deutlich abweichenden und für vergleichende Bewertung unterschiedlicher Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozesse sogar zu gegenläufigen Einschätzungen. Der vorliegende Beitrag zeigt, dass beide Bewertungsansätze die Effizienz von Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozessen nur unzureichend beschreiben. Es wird eine neue Methode zur Effizienzbestimmung vorgeschlagen, in der “das Produkt“ Wärme ins Verhältnis zum Brennstoffaufwand gestellt wird, welcher für die Kompensation des durch die Wärmenutzung eintretenden Stromverlustes aufgewendet werden muss.

Proposal for a new approach to assess the efficiency of combined heat and power installations.
Combined heat and power (CHP), i. e. cogeneration of thermal and mechanical energy from fuels, is regarded as one of the key technologies for reducing primary energy consumption. Due to the energetically different qualities of the produced heat and the electricity generated usually directly from mechanical energy, it is difficult to determine the efficiency of specific CHP processes exactly. In the context of energy accounting of buildings, e. g. for the purpose of Energy Passports for new or existing buildings, the Building Energy Conservation Ordinance stipulates the use of algorithms according to DIN V 18599 and DIN 4108-6 in conjunction with DIN 4701-10, which also include a technique for determining the quality of CHP. EU Directive 2004/8/EC of 11 February 2004 “on the promotion of cogeneration based on useful heat demand in the internal energy market” stipulates a fundamentally different approach for determining the efficiency of CHP plants. When used for specific installations, the two methods can lead to results that may differ significantly and could even be contradictory for comparative assessment of different CHP processes. This article demonstrates that both assessment approaches are inadequate for describing the efficiency of CHP processes. A new method for determining efficiency is proposed, in which the quantity of fuel required for compensating the electricity loss as a result of heat utilisation is taken into account in the heat production calculation.

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Beecken, Christoph; Schulze, StephanEnergieeffizienz von Wohngebäuden: Energieverbräuche und Investitionskosten energetischer GebäudestandardsBauphysik6/2011338-344Fachthemen

Abstract

In Anbetracht der in Deutschland bevorstehenden Energiewende weg von der Atomkraft und von fossilen Energieträgern hin zur Nutzung regenerativer Energiequellen wird die - vielfach öffentlich geförderte - Errichtung besonders energieeffizienter Neubauten immer wichtiger. Denn die Energieeinsparung durch effiziente Gebäude bietet das bei weitem größte Potenzial, um eine Energiewende ohne spürbaren Komfortverlust zu erreichen und außerdem die Klimaschutzziele mit einer Beschränkung des Kohlendioxid-Ausstoßes nicht zu verletzen. In der täglichen Praxis der Energieberatung offenbart sich regelmäßig ein Dilemma: Obwohl bei Wohnbauten Heiz- und Stromkosten den größten Anteil der Betriebskosten ausmachen, fehlt es an klaren, für den Nutzer verständlichen Standards zur Einstufung von Gebäuden.
Ein erster Schritt zur Einschätzung der energetischen Qualität von Gebäuden war die Einführung des Gebäude-Energieausweises zuerst für Neubauten, später auch bei Neuvermietung oder Verkauf einer Bestandsimmobilie. Betrachtet man Neubauten in der Projektierungsphase, so hilft der Energieausweis zunächst nicht weiter, gilt es doch für den Planer erst einmal, den Bauherrn auch in Hinsicht auf einen sinnvollen energetischen Standard qualifiziert zu beraten. Diese Beratung erschöpft sich derzeit oft im Hinweis auf die - quasi als Mindeststandard - einzuhaltende Energieeinsparverordnung, müsste jedoch die große Anzahl sonstiger energetischer Standards mit umfassen. Nur: Der Architekt kann Potenziale zur Verringerung des Energieverbrauchs von Gebäuden in Anbetracht der Vielzahl existierender Standards mit ihren vielfältigen Auswirkungen auf Energieverbrauch, erforderliche Gebäudetechnik und Baukosten nur schwer quantifizieren und dem Bauherrn deshalb die wichtige Frage der Optimierung von Investitions- und Betriebskosten oft nur unzureichend beantworten.
Zielsetzung der vorliegenden Ausarbeitung ist es, beim Planer ein besseres Verständnis für die möglichen energetischen Ausgestaltungen von Gebäuden und deren Auswirkungen auf den Energieverbrauch und die Baukosten zu wecken. Anhand einer imaginären Geschosswohnungs-Bebauung in Hannover werden übliche energetische Standards für Wohngebäude miteinander verglichen und die wichtigsten Ergebnisse in puncto Energieverbrauch und Investitionskosten herausgearbeitet und gegenüber gestellt. Dabei werden neben der Baukonstruktion auch die technischen Anlagen wie Heizung, Warmwasserbereitung und Raumlufttechnische Anlagen einbezogen und auf diese Weise die wichtigsten Elemente energetisch optimierten Planens vorgestellt.

Energy efficiency of residential buildings: energy consumption and investment costs of different building energy standards.
In view of the impending energy transition in Germany, turning away from fossil fuels and atomic power and leading to renewable energy sources, the construction of very energy efficient new buildings gains more and more in importance. Because the saving of energy with efficient buildings offers the highest potential to achieve the energy transition without loss of comfort and also complying with the climate protection target of limitation of the carbon dioxid emission.
For new buildings in the initial project planning phase, the client needs qualified consulting concerning a reasonable energy standard for his building. The consulting should comprise the multitude of energy efficiency standards and the related financial incentives and not only cover the minimum standard of the German Building Energy Conservation Regulation EnEV (Energieeinsparverordnung). But the architect can hardly quantify the potentials to reduce energy consumption of buildings considering the multitude of existing standards with multifarious effects on energy consumption, technical requirements and building costs.
With the help of an example multi-storey residential building in Hannover, current energy standards for residential buildings are compared. Besides the building construction also the building services like heating, hot water generation and ventilation are considered and the most important results concerning energy consumption and investment costs are compared.

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Tanner, Christoph; Lehmann, Beat; Frank, Thomas; Wakili, Karim GhaziVorschlag zur standardisierten Darstellung von Wärmebildern mit QualiThermoBauphysik6/2011345-356Fachthemen

Abstract

Werden bei Wärmebild-Interpretationen Angaben zum Wärmedurchgang einzelner Bauteile gemacht, so sollte das nur mit standardisiert dargestellten Thermogrammen geschehen. Der hier vorgestellte Beitrag zeigt, wie die QualiThermo-Methode dafür die Skalierungs-Vorgaben liefert. Diese Methodik ist auf rein empirischer Basis entstanden und wurde im Rahmen eines durch das schweizerische Bundesamt für Energie (BFE) geförderten Forschungsprojektes überprüft und weiterentwickelt. Dazu wurde ein Testgebäude über einen längeren Zeitraum wärmetechnisch detailliert ausgemessen und gleichzeitig mit zwei IR-Kameras beobachtet. Danach konnte mittels Simulationsberechnungen und anschließenden Sensitivitätsanalysen aufgezeigt werden, welche Meteo-Faktoren für die Genauigkeit der Abschätzung von Wärmeverlusten von Bauteilen entscheidend sind. Mit dem QualiThermo-Verfahren steht dem Praktiker somit ein Instrument zur Verfügung, welches in beschränktem Rahmen vergleichbare und nachvollziehbare IR-Bildauswertungen zulässt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen und den gesammelten Erfahrungen wurden zudem Hinweise und Tipps für die Praxis abgeleitet, welche dem Thermografen helfen, in einer kalten Winternacht hochwertige und zielgerichtete IR-Aufnahmen zu erstellen und auszuwerten.

A proposal for standardized thermal images.
Statements on the thermal transmittance of building details based on thermal images should be delivered by means of standardized “thermograms“. The presented “QualiThermo” method gives the guidelines for the temperature scaling. The empirically developed method has been validated during a project supported by the Swiss Federal Office of Energy (SFOE) and enhanced further. For this purpose a test house was instrumented with temperature sensors and measured for several weeks. For certain short periods the building was simultaneously monitored by two infrared cameras. By means of numerical simulations and consecutive sensitivity analysis the major parameters influencing the accuracy of heat losses of building details were identified. “QualiThermo” is a helpful method at the disposal of thermography practitioners which - within certain limits - allows comprehensible and reproducible analysis of thermograms. Out of the findings of this project practical procedures and tips can be deduced to support practitioners producing correct thermograms during a winter night and adequate interpretation.

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Riese, Olaf; Hohm, Volker; Liang, ShipingUntersuchung der Prognosefähigkeit von deterministischen BrandsimulationsmodellenBauphysik6/2011357-365Fachthemen

Abstract

Die Untersuchung und Bewertung der Prognosefähigkeit von deterministischen Brandsimulationsmodellen ist im Zusammenhang mit der wachsenden Bedeutung der Ingenieurmethoden im Brandschutz von zentralem Interesse. In diesem Beitrag werden die Auswertemethodik EMVANEMED zur Validierung von Brandsimulationsmodellen beschrieben und Ergebnisse, die auf Grundlage der Methodik gewonnen wurden, an einem Beispiel verdeutlicht. Die Auswertung wurde auf Basis von berechneten Medianwerten der zentralen Bewertungsgrößen PEAK und PEACOCK durchgeführt. Diese Größen lassen die Bewertung sowohl lokaler als auch globaler Kriterien zweier kompletter Zeitreihen zu. Als Beispiel wurden Versuchsdaten zweier Großversuche herangezogen, bei denen ein Brandraum mit einem Zielraum durch kleine Leckagen bzw. über einen geschlossenen Kanal miteinander in Verbindung stand. Da sowohl umfangreiche Messdaten im Brandraum als auch im Zielraum vorlagen, soll eine Bewertung der Simulationsergebnisse für die Übertragung von brandschutztechnisch relevanten Größen von einem zum anderen Raum möglich sein. Zur Validierung wurde das international am weitesten verbreitete CFD-Brandsimulationsmodell Fire Dynamics Simulator (FDS) in der Version 5 eingesetzt. Für die Simulation wurde der Verlauf der Energiefreisetzungsrate auf Grund der Ergebnisse der Versuche vorgegeben. Die Vorgabe der Energiefreisetzungsrate entspricht dem Stand der Technik und lässt daher eine Bewertung der Eignung von Brandsimulationsprogrammen durch Quantifizierung der Abweichung zwischen Versuchs- und Simulationsergebnissen zu. Auffällig gut können die Sauerstoffkonzentration (O2) und die Gastemperaturen außerhalb des Plumes durch die Simulation wiedergegeben werden. Auch die Ergebnisse für die Peakwerte der Temperaturen von Zielobjekten sind vergleichsweise gut. Bei den anderen Gaskonzentrationen (CO und CO2) sind die Medianwerte größer und die Schwankungen deutlich größer. Für den Brandraum werden die Gaskonzentrationen CO und CO2, die radiativen Wärmestromdichten und die Temperaturen im Inneren der Kabel durch die Simulation niedriger, die anderen Größen höher als die Versuchsdaten berechnet. Die Ergebnisse im Brandraum sind insgesamt besser als die im Zielraum. Wird eine Bewertung auf Grundlage von einem lokalen Parametern (Peak-Vergleich) durchgeführt, können wichtige Informationen zum zeitlichen Verlauf der Zeitreihen nicht bewertet werden. Bei der zusätzlichen Auswertung globaler Parameter zeigt sich eine Tendenz, dass der Wärmetransfer in Bauteile in den Submodellen nicht ausreichend gelöst wird.

Investigation of the prognosis ability from deterministic fire simulation models.
The investigation and evaluation of the prognosis ability from deterministic fire simulation models is of central interest in connection with the increasing acceptation of the engineering methods in the field of fire protection. In this report an evaluation methodology for the validation of fire simulation models called EMVANEMED is described and results given on basis of the methodology are clarified by an example. The evaluation was accomplished on basis of computed medians of the central evaluation sizes PEAK and PEACOCK. These values permit the evaluation of both local and global criteria of two complete time series. As an example data of two full-scale fire tests were consulted, in which a fire room was connected with a target room by small leakages and/or over a closed channel. Since both extensive measuring data in the fire room and in the target room were present, an evaluation of the simulation results should be possible for the transmission of fire protection-technically relevant values from one room to another room. For validation, the internationally accepted CFD fire simulation model Fire Dynamics simulator (FDS) in version 5 has been used. For simulation the energy release rate due to the results of the tests were given as an input. The default value of the energy release rate corresponds to the state of the art and permits an evaluation of the suitability of fire simulation codes by quantification of the deviation between experimental and simulation results. Remarkably well is the prediction of the oxygen concentration (O2) and the gas temperatures outside of the plume by simulation. Also the results for the peak values of the temperatures of target objects are comparatively good. With the other gas concentrations (CO and CO2) the medians are more largely and the fluctuations are clearly larger. For the fire room the gas concentrations CO and CO2, the radiative heat flow densities and the temperatures inside the cables are computed lower, the other values higher than the test data. The results in the fire room are altogether better than in the target room. If an evaluation is accomplished on basis of local parameters (PEAK comparison) important information cannot be evaluated for the course of the time series. During the additional evaluation of global parameters, a tendency shows up that the heat transfer into construction units is not sufficiently solved by the sub models.

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EU-Forschungsf√∂rderung f√ľr FensterBauphysik6/2011365Aktuell

Abstract

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Wetzig, Melanie; Heldstab, Corina; Tauscher, Tom; Niemz, PeterErmittlung ausgewählter mechanischer Kennwerte thermisch modifizierter BucheBauphysik6/2011366-373Fachthemen

Abstract

Untersuchungen zu physikalisch-mechanischen und chemischen Eigenschaften thermisch modifizierten Holzes sind bereits seit den frühen 1950er Jahren durchgeführt und wieder verstärkt in den letzten zehn bis zwanzig Jahren aufgenommen worden. Generelle Zusammenhänge zwischen den Behandlungsparametern und den Eigenschaften des vergüteten Holzes sind weitgehend bekannt. Gegenstand und Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die Ermittlung ausgewählter mechanischer Kennwerte von im Autoklaven nach zwei unterschiedlichen Verfahren thermisch behandeltem Buchenholz. Die Resultate zeigen, dass die Zug- und Druckfestigkeit sowie der Elastizitäts- und Schubmodul im Vergleich zum unbehandelten Referenzholz um bis zu 50 % sinken. Die Zugfestigkeit wurde dabei stärker beeinträchtigt als die Druckfestigkeit.

Determination of select mechanical properties of heat-treated beech wood.
Studies on mechanical and chemical properties of heat-treated wood have been conducted since the early 1950ies. General interrelationships between process parameters and properties of heat-treated wood are reasonably well known. The present study deals with select mechanical properties of heat-treated beech wood in the autoclave in two different treatment atmospheres. The results show, that the tensile and compression strength as well as modulus of elasticity and modulus of rigidity decrease about 50 % compared to untreated wood. The tensile strength was less affected by the treatment than the compression strength.

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Weimarer Bauphysiktagung 2011Bauphysik6/2011373Aktuell

Abstract

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Krackler, Verena; Ammann, Samuel; Camathias, Ueli; Niemz, PeterUntersuchungen zum Feuchteverhalten und zur Porosität von thermisch modifiziertem HolzBauphysik6/2011374-381Fachthemen

Abstract

An in Normalklima (20 °C, 65 % rel. LF) konditionierten Proben aus Fichten-, Buchen- und Eschenholz wurde der Einfluss einer thermischen Behandlung (Stickstoffatmosphäre, 170 bis 180 °C) auf das Verhalten gegenüber Feuchteänderungen untersucht. In Anlehnung an DIN EN ISO 15148:2003-03 bzw. DIN EN ISO 12572: 2001-09 wurden die Sorptionsgeschwindigkeit, Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl, der Wasseraufnahmekoeffizient und ergänzend mittels Quecksilberdruckporosimetrie der Porenanteil bestimmt. Infolge der thermischen Behandlung wurden die Rohdichten von Buche und Esche reduziert (bis -20 %) und die Gesamtporenvolumen erhöht (+3,2 % bzw. +23,4 %). Die thermisch behandelte Fichte hingegen weist zum Teil höhere Rohdichtewerte (+9 %) und damit eine Reduzierung des mittleren Porenanteils (-10 %) auf. Generell bewirkt das verwendete Modifizierungsverfahren eine Abnahme der Sorptionsgeschwindigkeit (bis -62 %) und des Wasseraufnahmekoeffizienten (bis -76 %) sowie eine Anhebung der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl (bis +574 %). Aus den gewonnenen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass das Diffusions- und Sorptionsverhalten von thermisch vergütetem Holz weniger von der Änderung der Dichte und des Porenvolumenanteils, sondern mehr durch die Modifizierung hervorgerufene Hydrophobierung beeinflusst wird.

Investigation on moisture behaviour and porosity of thermally modified timber.
The influence of thermal modification (nitrogen atmosphere, 170 to 180 °C) on the moisture behaviour of samples of spruce, beech and ash conditioned under standard climatic conditions (20 °C, 65 % relative humidity) was investigated. The sorption rate, water vapour resistance factor and water absorption coefficient were tested according to DIN EN ISO 15148: 2003-03 and DIN EN ISO 12572:2001-09. Further, the pore volume was determined using mercury porosimetry. As a consequence of the thermal treatment, the raw density of beech and ash was reduced (up to +20 %) and the total pore volume increased (+3.2 and +23.4 % respectively). The thermally modified spruce, in contrast, partially showed increased raw density values (+9 %) and thus a reduction of the pore portion (-10 %). Generally, treatment results in a decrease of the sorption rate (up to -62 %) and the water absorption coefficient (up to -76 %) as well as an increase of the water vapour resistance factor (up to +574 %). It can be derived from the determined results that the sorption and diffusion behaviour is not dependent on the increase (spruce) or the decrease (beech and ash) of the density and changes in pore volume portion involved, respectively. Primarily it is influenced by the hydrophobising of the thermal treatment.

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Fischer, Heinz-MartinWolfgang und Annika Moll: Schallschutz im Wohnungsbau. G√ľtekriterien, M√∂glichkeiten, Konstruktionen - eine Auseinandersetzung von H.-M. FischerBauphysik6/2011382-389Berichte

Abstract

Bei Ernst & Sohn haben Moll und Tochter ein Buch veröffentlicht: Moll, W., Moll, A.: Schallschutz im Wohnungsbau. Gütekriterien, Möglichkeiten, Konstruktionen. Berlin: Ernst & Sohn, 2011. XVI, 140 S., 53 Abb. 17 ∞24 cm. Geb. ISBN 978-3-433-02936-7. 59,00.
Wolfgang Moll muss in den Kreisen der Bauakustik nicht vorgestellt werden. Er gehört zum “Urgestein“ dieses Fachgebietes. Seit über 50 Jahren ist er bis heute prägend in der bauakustischen Normung tätig. Dafür wurde ihm vom Deutschen Institut für Normung im letzten Jahr die DIN-Ehrennadel verliehen. Er ist so etwas wie das “Gedächtnis der bauakustischen Normung“. Stets ist er sich in seinem Buch der Vorgeschichte bewusst und kann das auch vermitteln, ohne belehrend sein zu wollen. Das ist auch eine besondere Stärke dieses Buches, gerade in den heutigen schnelllebigen Zeiten, wo oft schon morgen nicht mehr zählt, was heute gesagt und getan wurde. Das ist Wolfgang Molls Sache nicht. Seine Kontinuität und Beharrlichkeit in den Dingen, von denen er überzeugt ist, ist beinahe schon legendär. Wer nun aber erwartet, dass er in seinem Buch Rückschau hält, hat sich getäuscht. Das Anliegen, das er vermitteln möchte, ist in die Zukunft gerichtet. Es will weitergetragen werden. So ist es nur konsequent, dass er für dieses Buch seine Tochter Annika Moll, gelernte Architektin und inzwischen Gesellschafterin und Prokuristin des Akustik-Ingenieurbüros Moll, “mit ins Boot“ geholt hat. Gemeinsam steuern sie das Ziel eines guten und realisierbaren baulichen Schallschutzes an und scheuen sich auch nicht vor den Riffen und Untiefen des Terrains.

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Hosser, Dietmar; Kersken-Bradley, MaritaIn Memoriam Ulrich SchneiderBauphysik6/2011390-391Persönliches

Abstract

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Hauser et al., GerdOffener Brief der Hochschullehrer f√ľr die Fachgebiete Bauphysik und Technischer Ausbau an die BundeskanzlerinBauphysik6/2011391-392Aktuell

Abstract

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Aktuell: Bauphysik 6/2011Bauphysik6/2011392-393Aktuell

Abstract

Preis für die Erfindung einer Fassadenverschattung
Neues RAL-Gütezeichen für Innendämmung
Neuer FVLR-Sammelordner TAGESLICHT AKTUELL
BVS fordert Überprüfung der KfW-Förderprogramme zur Energieeinsparung
Nullenergiegebäude - internationale Projekte zum klimaneutralen Wohnen und Arbeiten

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Veranstaltungen: Bauphysik 6/2011Bauphysik6/2011393-394Veranstaltungen

Abstract

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Inhalt: Bauphysik 5/2011Bauphysik5/2011Inhalt

Abstract

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Fuchs, Helmut V.Funktionelle Akustik - Die Nachhall-Charakteristik des Raumes als Basis f√ľr seine NutzbarkeitBauphysik5/2011261-273Fachthemen

Abstract

Wenn es um die akustische Gestaltung von Räumen für sprachliche Darbietungen geht, denkt man traditionell in erster Linie an die Übertragung von einem Sprecher zu einer sich still verhaltenden Zuhörerschaft; etwa wie in einem Theater oder Vortrag, wobei nur die Störgeräusche von außen und aus anderen Räumen oder allenfalls der Nachhall der einzigen Stimme im Raum deren Sprachverständlichkeit einschränken können. Auf diesen Vorstellungen bauen auch Normen und Lehrmeinungen noch weitgehend auf. In unserer heute auf Kommunikation und Interaktion ausgerichteten Arbeits- und Freizeitwelt ist aber ein mit den genannten Problemen nur entfernt verwandtes Phänomen in den Vordergrund getreten: Durch das gleichzeitige Sprechen Vieler schwillt ein selbst erzeugter Schallpegel umso stärker an, je mehr Nutzer sich an Gesprächen oder Diskussionen beteiligen wollen, wenn der Raum dafür nicht richtig konditioniert wird. In den Teilen 1 bis 3 dieser Aufsatzserie wurde ein etwas neuartiger raumakustischer Ansatz entwickelt und in Teil 4 bereits auf eine breite Palette von Räumen für musikalische Nutzungen angewendet. Hier werden nun konkrete Beispiele und praktische Ergebnisse für die ganze Bandbreite kommunikativ genutzter Räume vorgestellt. Im ersten Abschnitt liegt dabei der Fokus, ähnlich wie schon in Teil 4, auf der Reduzierung der Schallbelastung in kleineren Räumen. Der zweite behandelt die Konditionierung größerer Arbeits- und Versammlungsräume, also wiederum die ergonomischen Aspekte der Raumakustik. Der dritte Abschnitt konzentriert sich ganz auf die funktionellen Aspekte der Raumakustik, wenn es darum geht, sprachliche Darbietungen und Unterhaltungen zu unterstützen und so die akustische Qualität eines Raumes zugunsten der Behaglichkeit seiner Nutzer anzuheben, also seinen Marktwert zu steigern.

Functional acoustics - useability of rooms based on reverberation characteristics. Part 5: Material measures in rooms for speech and communicative uses.
When it comes to the acoustic design of rooms for speech performances one traditionally considers the transmission from a single speaker to a completely quiet audience, as should be the case in a theatre or lecture situation. Merely background noise from outside or neighbouring rooms and the reverberance of the only voice in the room could thus limit speech intelligibility. On such a relatively rare situation are all our standards and instructions primarily based. In real work and leisure environments which are normally flooded with communications and interactions, however, quite another phenomenon has come to the fore which has but little in common with the before mentioned problems: Simultaneously raised voices accumulate to a tremendous self-generated noise level with the number of users increasing who want to participate in conversations and discussions, if the room lacks a proper conditioning for this purpose. In parts 1 to 3 of this series a somewhat novel room-acoustic concept has been developed and was already applied in part 4 to a broad variety of enclosures for musical uses. Here concrete examples and practical results are now presented out of a broad spectrum of rooms for communicative uses. In the first section the focus is on the noise burden developing in smaller rooms. The second deals with the acoustical treatment of larger work and assembly rooms, i.e. again the ergonomic aspects of acoustics. The third section fully concentrates on the functional aspects of acoustics when finally aiming at the support of any kind of verbal performances and interactions in order to raise the acoustical quality of a room with an emphasis on more comfort for its users and more market value for its owners.

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Drotleff, Horst; Wack, Roman; Leistner, Philip; Holm, Andreas; Ziegler, Matthias; Sedlbauer, KlausIntegrierte Schallabsorption in thermisch aktivierten Betondecken - akustische und thermische Wirksamkeit periodischer SchallabsorberstreifenBauphysik5/2011274-286Fachthemen

Abstract

Aus energetischer und auch raumklimatischer Sicht sind thermisch aktivierte Betondecken sinnvoll. Eingesetzt in Verwaltungsbauten tritt aber ihr Nachteil in Erscheinung: Sie sind akustisch reflektierend. Übliche Lösungsansätze sind schallabsorbierende abgehängte Segel und Absorberbaffles oder großflächig einbetonierte, wärmeleitende Schallabsorber. Hier wird ein alternativer Ansatz vorgestellt und akustisch sowie thermisch beurteilt. Wenige Streifen Schallabsorber werden bündig und in periodischer Anordnung in die Betondecke betoniert. Für die Berechnung des Schallabsorptionsspektrums wird ein schon vielfach publiziertes Modell (Rayleigh-Ansatz) verwendet. Es prognostiziert das Schallabsorptionsspektrum für senkrechte Schallinzidenz gut; für diffuse Schallinzidenz ist der Unterschied zur Hallraummessung vermutlich wegen des Kanteneffekts größer. Der Schallabsorptionsgrad der Konstruktion kann mittels geschickter Wahl der Streifengeometrie eingestellt werden und ist deutlich höher als das Flächenmittel erwarten ließe. Einerseits wird die thermische Effizienz bauteilbezogen über einen Wirkungsgrad bestimmt, bei dem die Wärmeströme der Decken mit Absorberstreifen zu einer unbehandelten Referenzdecke ins Verhältnis gesetzt werden. Andererseits wird das Raumklima mithilfe eines Raummodells für Büroräume im Massiv- und Leichtbau untersucht. Der Einfluss der Streifen (Absorberflächenanteil von 20 %) auf den thermischen Wirkungsgrad und das Raumklima ist gering. Es werden zwei Absorbermaterialien im Streifenansatz untersucht: offenzelliger Glasschaum und mikroperforierte Absorber aus Metall. Während der Absorber aus Metall thermisch Vorteile zeigt, weist dessen Schallabsorptionsspektrum selbst bei hoher Flächenbelegung einen deutlich geringeren Schallabsorptionsgrad auf als z. B. offenzellige Glasschaumstreifen mit nur 20 % Deckenbelegung. Eine Demonstration in situ zeigt das Potential der periodischen Absorberstreifen. Jedoch ist der in diesem Demovorhaben gewählte Weg, die Absorberstreifen in die Betondecken zu integrieren, noch verbesserungswürdig.

Integrated sound absorption in thermally activated concrete ceilings - acoustic and thermal effectiveness of sound-absorber strips spaced at intervals.
From the perspectives of energy as well as indoor climate, thermally activated concrete ceilings make sense. Used in office buildings, however, their drawback becomes apparent: they are acoustically reflective. The conventional approaches use sound-absorbing suspended sails and absorber baffles or heat-conducting sound absorbers embedded in large areas of the concrete. In this paper, an alternative approach is presented and is evaluated acoustically and thermally. A few strips of sound absorber, arranged at intervals, are mounted flush into the concrete ceiling. To calculate the sound-absorption spectrum, an already widely publicised model (the Rayleigh approach) is used. It predicts the sound-absorption spectrum for normal sound incidence very well. For diffuse sound incidence, the difference to reverberation chamber measurements is greater, presumably because of the edge effect. The sound- absorption coefficient of the design can be tuned by skilful choice of the strip geometry, and it is significantly higher than the expected average value for the surface.
On the one hand, the thermal efficiency of the components is determined by comparing the heat fluxes in the ceilings with absorber strips to an untreated reference ceiling. On the other hand, the indoor climate is investigated using a room model for office rooms of both solid and lightweight constructions. The influence of the strips (proportion of absorber area 20 %) on the thermal efficiency and indoor climate is low. Two absorber materials are examined in the strip approach: open-cell foam glass and a micro-perforated metallic absorber. While the metallic absorber displays thermal advantages, its sound absorption spectrum - even at high surface-coverage proportions - exhibits a much lower absorption coefficient than, for example, open-cell foam glass strips with only 20 % ceiling coverage. A demonstration in situ shows the potential of the absorber strips spaced at intervals. However, the method chosen in this demonstration project to incorporate the absorber strip into the concrete ceilings needs to be improved.

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Jo √°k, Mat√ļ; Sonderegger, Walter; Niemz, Peter; Holm, Andreas; Krus, Martin; Gro√ükinsky, Theo; Lengsfeld, Kristin; Grunewald, John; Plagge, RudolfVergleichende Untersuchungen zum Feuchte- und W√§rmeverhalten unterschiedlicher HolzbauelementeBauphysik5/2011287-298Fachthemen

Abstract

Auf dem Freilandversuchsgelände des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) in Holzkirchen wurde das Feuchte- und Wärmeverhalten verschiedener Wandaufbauten aus Holz (geschlitzte Holzkonstruktion, Massivholzkonstruktion, Dämmsteinkonstruktion, Holzplattenkonstruktion, Brettstapelkonstruktion) über die Dauer eines Jahres getestet. Folgende Größen wurden gemessen: Innenraumklima, Außen- und Innenoberflächentemperaturen sowie die Temperaturen an den Grenzschichten, die Wärmestromdichte auf der Innenseite der Bauteile, die relative Luftfeuchte sowie die Holzfeuchte. Das Ziel der Arbeit war einerseits, die verschiedenen Aufbauten unter realen Bedingungen zu vergleichen, andererseits wurden die ermittelten Messdaten für Validierungsberechnungen mittels der Simulationssoftware WUFI®Pro und Delphin verwendet. Die gemessenen, instationären U-Werte stimmen in den Wintermonaten mit den stationär bestimmten Werten gut überein. Bei den Simulationsberechnungen ergeben sich deutlich bessere Ergebnisse, wenn die an der ETH Zürich gemessenen deutlich tieferen Wärmeleitfähigkeiten für Holz anstelle der Normwerte in die Simulation eingesetzt werden. Obwohl bei vier Bauelementen keine Hinterlüftung der Holzfassade bestand, wurden keine kritischen Werte bezüglich der relativen Luftfeuchte innerhalb jener Wandkonstruktionen gemessen. Bei der Simulation der relativen Luftfeuchten zeigten beide Programme teilweise starke Abweichungen gegenüber den gemessenen Werten.

Comparative measurements of heat and moisture transfer in different wood-based building elements.
At the campus of the Fraunhofer Institute for Building Physics (IBP) in Holzkirchen/Germany comparative measurements of heat and moisture transfer in five different wood-based building elements were carried out (wood construction with slotted wood elements, solid wood construction connected with wooden dowels, new developed soft fibreboard brick construction, solid wood panel construction, wood frame construction with stacked wood elements). The elements were installed on the west side of the test building and examined during one year. The following physical quantities were measured: indoor climate, external and internal surface temperatures, temperatures in the boundary layers, heat flux through the internal surface of the constructions, relative humidity and moisture content. Furthermore, the measured data were used for validation of the simulation softwares WUFI®Pro and Delphin. During winter, the measured U-values (from unsteady-state values) were compared with steady-state calculated U-values. Both values were well coincident. Moreover, the simulation results achieved good agreement by using the thermal conductivity values measured at ETH Zurich, which were considerably lower than the standard values. Although, the four elements had been covered with a non rear-ventilated façade, no critical values of relative humidity were measured inside the constructions. The simulation results of relative humidity have partly shown large deviations from measured data by both simulation softwares.

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Niemz, Peter; Sonderegger, WalterUntersuchungen zur Wärmeleitung von Vollholz und Werkstoffen auf Vollholzbasis, wesentliche EinflussfaktorenBauphysik5/2011299-305Fachthemen

Abstract

An Fichtenvollholz und Massivholzplatten sowie an massiven Wandelementen aus Fichtenholz mit variablem Aufbau wurde die Wärmeleitfähigkeit gemessen.
Bei Vollholz ist ein gewisser Einfluss der Jahrringlage (radial-tangential) sowie ein deutlicher des Faser-Last-Winkels (LR, LT) vorhanden. Die Wärmeleitzahl von Massivholzplatten mit statistisch regelloser Orientierung der Jahrringlage ist geringer als die von Vollholz radial oder tangential. Geringe Hohlräume in der Mittellage (z. B. Schlitze zum Spannungsabbau) bewirken eine Reduzierung der Wärmeleitzahl. Die Wärmeleitzahl steigt mit zunehmender Temperatur und Holzfeuchte an. Bei mehrschichtigen Wandelementen auf Vollholzbasis ist ein Einfluss der Schichtenanzahl, der Jahrringlage sowie der Hohlräume zwischen den Lagen zu beobachten. Ein in der Mittellage vorhandener Hohlraumanteil bewirkt eine Reduzierung der Wärmeleitzahl. Kommt es allerdings infolge der Hohlraumgestaltung zur Konvektion, steigt die Wärmeleitzahl wieder an. Mechanische Verbindungselemente (Dübel aus Laubholz hoher Dichte) senkrecht zur Plattenebene bewirken einen geringen Anstieg der Wärmeleitzahl. Die ermittelten Kennwerte für den Einfluss von Jahrringlage, Faser-Last-Winkel, Dichte und Holzfeuchte ermöglichen eine rechnerische Vorausbestimmung der Wärmeleitzahl von Materialverbunden.

Thermal conductivity from solid wood and solid wood materials, important parameters.
The thermal conductivity was measured on spruce wood, solid wood panels, as well as massive wood walls with a variable structure. In solid wood a slight influence of the growth ring position (radial-tangential) and a considerable influence of the fibre-load-angle (LR, LT) was observed. In contrast to solid wood in radial and tangential direction solid wood panels with an irregular orientation of the growth rings have a lower thermal conductivity. Marginal holes in the middle layer (e.g. slits to reduce strains) cause a decrease of the values. With increasing temperature and moisture content the thermal conductivity has been rising. Multi-layered wood elements of solid wood show an influence of the number of layers, the growth ring position and holes between the layers. The thermal conductivity is reduced by presenting holes in the middle layer. However, this effect reverses if the holes cause convection. The values also increase a little if mechanical bond elements perpendicular to panel pane such as dowels made of hardwood with a high density are used. The determined parameters about the influence of the position of growth rings, the fibre-load-angle, density and moisture content render the possibility to calculate the thermal conductivity of material combinations by using different computer programs.

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Hohm, Volker; Hosser, DietmarEin neues Modell zur Simulation gekoppelter Wärmetransportprozesse bei BrändenBauphysik5/2011306-314Fachthemen

Abstract

Die Anwendung von numerischen Brandsimulationen zum Nachweis und zur Bewertung der Ausbreitung von Feuer und Rauch ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Erstellung von Brandschutzkonzepten. Vor diesem Hintergrund wurde der vfdb-Leitfaden “Ingenieurmethoden des Brandschutzes“ erarbeitet, der die Möglichkeiten, Vorgehensweisen und Modelle darstellt und einordnet sowie Hilfestellung zur Anwendung gibt. Diese Programme bzw. Modelle müssen einerseits zuverlässige Ergebnisse liefern und andererseits effizient sein. Es wurde ein Wärmetransportmodell für gekoppelte Prozesse in Brandsimulationen entwickelt, welches in der Lage ist, einerseits den Prozess des konvektiven Wärmeübergangs zwischen Gasphase und fester Phase für horizontale und vertikale ebene Oberflächen sowie speziell für Rohr- und Kanalströmungen und andererseits den Prozess der Wärmeleitung in mehrdimensionalen Aufgabenstellungen physikalisch korrekt abzubilden und entsprechende Ergebnisse auf dem Wege einer numerischen Simulation wiederzugeben. Das Modell wurde sowohl physikalisch - durch die Berücksichtigung der speziellen Brandwirkungen und -eigenschaften, als auch numerisch - durch die Auswahl geeigneter numerischer Methoden, für die integrierte Verwendung innerhalb von numerischen Brandsimulationen optimiert. Es besitzt einen modularen Aufbau, sodass es sich für die Integration in aktuelle und zukünftige Brandsimulationsprogramme eignet. Eine Integration in ein Brandsimulationsprogramm nach dem aktuellen Stand der Technik wurde erfolgreich durchgeführt. In und mit diesem Modell wurde darüber hinaus eine Grundlage für die spätere Erweiterung um geeignete Pyrolysemodelle gelegt. Abschließend wurde das Modell erfolgreich u. a. auf Realbrandversuche im Zusammenhang mit kerntechnischen Anlagen angewendet.

A new heat transfer model for coupled processes in fire simulations.
The application of numerical fire simulations to validate and to evaluate the propagation of fire and smoke is already a fundamental part of the preparation of fire protection or safety concepts, especially in the field of performance-based designs. Against this background, the GFPA-guideline [10] has been developed in the recent years, which describes and classifies the available possibilities, approaches and models as well as provides suitable support for their application. Those programs and models respectively have to provide reliable results on the one hand and have to be efficient on the other hand. Hence, a heat transfer model for coupled processes in fire simulations was developed, which is able to represent the process of convective heat transfer between the gas phase and the solid phase for both horizontal and vertical, plane surfaces and in particular pipe and duct flows on the one hand and the process of heat conduction within multidimensional problems on the other hand physically correct. In addition to this the model is able to reproduce corresponding results using numerical simulation. The model was optimized both physically, by considering the specific fire effects and characteristics, and numerically, by selecting adequate numerical methods, for the integrated usage within numerical fire simulations. It has a modular design, so it is suitable for integration into current and future fire simulation codes. Additionally, a basis was established with and within this model for a later expansion with appropriate pyrolysis models. For that, an interface is provided with the embedded source term on the one hand and the required multidimensional temperature fields are determined precisely by the model on the other hand. A for the completion and demonstration concluding necessary integration of the developed model into a state-of-the-art fire simulation code was exemplarily and successfully performed. Finally, the model was successfully applied amongst others to real fire tests in the context of nuclear facilities.

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Stegmaier, MichaelZum Einfluss der Carbonatisierung auf die Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit von PorenbetonplansteinenBauphysik5/2011315-317Fachthemen

Abstract

Im Rahmen einer begrenzten Studie sollte der Einfluss der Carbonatisierung auf die Druckfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit von handelsüblichen Porenbetonplansteinen untersucht werden. Dazu wurde an aus ganzen Porenbetonplansteinen herausgearbeiteten Probekörpern die Druckfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit nach unterschiedlichen Lagerungsbedingungen ermittelt und mit den von den Herstellern deklarierten Werten verglichen.

Influence of carbonation on the compressive strength and thermal conductivity of autoclaved aerated concrete masonry units.
Within a limited research project the influence of carbonation on the compressive strength and the thermal conductivity of commercially available autoclaved aerated concrete masonry units were investigated. Therefor samples have been cut out of complete masonry units and stored at different climate conditions. Subsequent the compressive strength and the thermal conductivity were determined and compared with the declared values of the manufacturers.

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Schoch, Torsten; Straube, Berit; Stumm, AndreasDauerhaftigkeit von Porenbeton bei hoher CO2-BeaufschlagungBauphysik5/2011318-322Fachthemen

Abstract

Standardporenbeton der Güte PP2-0,35 wurde verschiedenen Feuchtebedingungen und einer konstanten CO2-Atmosphäre von 1 Vol-% ausgesetzt. Zusätzlich wurden Porenbetonproben mit guter und schlechter Phasenausbildung hergestellt und in das Bewitterungsprogramm integriert. Parallel zu der CO2-Bewitterung erfolgte eine regengeschützte Freilandlagerung des Standardporenbetons über 3 Jahre. An die verschiedenen Lagerungsbedingungen und -zeiten schlossen sich Untersuchungen zur Rohdichte, Druckfestigkeit und zum mineralischen Phasenbestand an. Der 3 Jahre im Freiland gelagerte Porenbeton wurde außerdem bezüglich seiner Wärmeleitfähigkeit geprüft. Prüfrandbedingungen wie Materialfeuchte, Austrocknungsverhalten des Porenbetons während der Bewitterung und Umgebungsfeuchte haben einen großen Einfluss auf die Materialeigenschaften. Die Ergebnisse belegen, dass eine künstliche CO2-Bewitterung zu anderen Ergebnissen führt als eine natürliche Alterung des Porenbetons. Porenbeton mit gut ausgebildetem Tobermorit erfährt unter natürlichen Klimabedingungen keine Veränderung in Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Eine negative Eigenschafts- entwicklung über die Jahre ist nicht zu erwarten.

Durability of autoclaved aerated concrete under high CO2 impact.
Ordinary autoclaved aerated concrete (AAC) (P2-0,35) was stored under different humidity conditions and a constant CO2 atmosphere of 1 % by volume. Additionally, AAC samples with a good and poor phase formation were produced and included into the weathering procedure. In addition to the artificial CO2 weathering, ordinary AAC was stored under rain protection outdoor for a period of 3 years. After storing the samples under different conditions and periods, the material was measured for its raw density, compressive strength and mineral phase content. The outdoor stored AAC was tested after 3 years for its thermal conductivity. Boundary conditions such as material moisture and drying behaviour of the AAC as well as ambient moisture, influence the material properties within the weathering procedure. Artificial CO2 weathering leads to other effects than natural weathering. AAC with well crystalline tobermorite does not change its compressive strength or thermal conductivity under natural climate conditions. A negative long-term development of the material properties can be excluded.

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Geburtig, GerdB√ľcher: Bauphysik 5/2011Bauphysik5/2011322-323B√ľcher

Abstract

• Bauphysik-Kalender 2011. Brandschutz. Von Fouad, N. A. (Hrsg.)
• Kommentar zur Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie MLAR, zur Muster-Systemböden-Richtlinie MSysBöR, zum Muster einer Verordnung über den Bau von Betriebsräumen für elektrische Anlagen MEltBauVO. Mit Ausführungs- und Praxis-Beispielen für Planung und Montage von Leitungsanlagen und Installationsschächten. Von Lippe, M., Wesche, J., Rosenwirth, D., Reintsema, J.

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Aktuell: Bauphysik 5/2011Bauphysik5/2011324-326Aktuell

Abstract

• VBI gegen Zertifizierungswahn
• Sanierung von Nichtwohngebäuden wird wieder finanziell unterstützt
• Neue Förderinitiative der DBU zur energetischen Sanierung von Baudenkmälern
• BMVBS-Förderprogramm für Energie-Plus-Häuser
• 25 Jahre Ingenieurbüro Die Bauphysiker - vom Kanzleramt bis in die Antarktis
• Umfrage: Welche Dämm-Hemmnisse gibt es?
• Wiedereröffnung des Hauses der Berliner Festspiele

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Veranstaltungen: Bauphysik 5/2011Bauphysik5/2011327-328Veranstaltungen

Abstract

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