Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik Wärmeschutz

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Klausur Bauphysik

Fachbereich Architektur | Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik| 26.02.2015

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Wärmeschutz

Aufgabe 1.1 1.2 1.3 1.4 Summe

erreichbar 15 5 3 3 26

Punkte Feuchteschutz

Aufgabe 2.1 2.2 2.3 Summe

erreichbar 4 15 8 27

Punkte

Schallschutz

Aufgabe 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Summe

erreichbar 3 4 9 10 2 28

Punkte

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Organisatorisches

Seitenumfang des Dokuments : 21 Seiten

(Vollständigkeit bitte prüfen!)

Zugelassene Hilfsmittel: beidseitig handbeschriebenes Formelblatt (DIN A 4), Taschenrechner, Formelsammlung Bauphysik (4 Seiten)

Bearbeitungszeit: 120 Minuten

Hinweise

1. Die erreichbare Punktzahl für jede Aufgabe ist vermerkt. Insgesamt können 100 Punkte erreicht werden.

2. Nur gut lesbare, eindeutige und nachvollziehbare Ergebnisse werden gewertet.

3. Keine roten Farbstifte verwenden.

4. Wenn der vorgesehene Platz nicht ausreicht, auf den Rückseiten schreiben, aber auf der Vorderseite vermerken.

5. Nur dokumentenechte Stifte verwenden, kein Bleistift!

6. Ein Täuschungsversuch führt sofort zum Abbruch der Klausur und Bewertung dieser als nicht bestanden.

7. Studenten- und Lichtbildausweis bitte bereitlegen.

8. Bei fehlenden Angaben sind sinnvolle Annahmen zu treffen.

Viel Erfolg!

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1. Aufgabe: Wärmeschutz

1.1. U-Wert-Berechnung (15 Punkte)

Für eine Fachwerkwand mit Innendämmung soll der Wärmedurchgangskoeffizient ermittelt werden.

Die Balken haben eine Breite von 15 cm und weisen einen Achsabstand von 60 cm auf.

Berechnen Sie den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Wand nach dem genauen Verfahren.

Runden sie bei allen Rechnungen auf drei Nachkommastellen.

Für die Wärmedämmung relevanter Wandaufbau von außen nach innen:

Schicht Baustoff d [mm]  [W/mK]

1a Gefach 150 0,05

1b Holzständer 150 0,13

2 Calziumsilikatplatte 60 0,06

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1.2. Allgemeine Fragen (1/3/1 Punkte)

a) Was ist der Unterschied zwischen dem Wärmedurchlasswiderstand und dem

Wärmedurchgangswiderstand eines Bauteils?

b) Nennen Sie die drei Wärmetransportmechanismen und für jeden ein Beispiel, wie er entweder für Energieverluste oder -gewinne in einem beheizten Gebäude verantwortlich ist.

c) An welchen Stellen eines quaderförmigen Raumes in monolithischer Bauweise ist auf der raumseitigen Oberfläche mit den niedrigsten Innentemperaturen zu rechnen? Begründen Sie ihre Aussage.

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1.3. Wärmebrücken (3 Punkte)

a) Welche drei prinzipiellen Arten von Wärmebrücken gibt es?

b) Nennen Sie drei negative Auswirkungen von Wärmebrücken.

1.4. U-Wert und Wärmestromdichte (3 Punkte)

Welchen U-Wert besitzt eine Wand, die bei e= -10 °C und i = 20 °C eine Wärmestromdichte

(Wärmedurchgang pro Fläche und Zeiteinheit) von q = 1,5 W/m² aufweist?

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2. Aufgabe: Feuchteschutz

2.1. Verständnis (2 / 1,5 / 0,5 Punkte)

a) Um Tauwasserausfall in der Fachwerkwand aus Aufgabe 1.1 zu verhindern, soll eine Dampfsperre

eingebaut werden. Kreuzen Sie an, welche Position der Dampfsperre bauphysikalisch sinnvoll ist.

Begründen Sie ihre Wahl.

 Außenseitig vom Fachwerk.

 Raumseitig vom Fachwerk.

Begründung:

b) Die 20°C warme Luft eines dicht abgeschlossenen Raumes besitze eine absolute Luftfeuchte von 15 g/m³. Kringeln Sie die richtige Antwort jeweils ein.

Durch Abkühlen der Luft …

… wird die relative Luftfeuchtigkeit sinken / steigen / gleich bleiben.

… wird die absolute Luftfeuchtigkeit sinken / steigen / gleich bleiben.

… wird die Taupunkttemperatur sinken / steigen / gleich bleiben.

c) Welche relative Luftfeuchtigkeit wird bei der Taupunkttemperatur erreicht?

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2.2. Glaserverfahren (15 Punkte)

Gegeben ist eine kerngedämmte Außenwand. Überprüfen Sie anhand des Glaser-Verfahrens, ob in der

dargestellten Konstruktion Tauwasser ausfällt. Verwenden sie die Tabelle auf Seite 10!

Zur Vereinfachung wurden der Wärmedurchgangswiderstand und der U-Wert bereits vorab berechnet und angegeben. Ein zusätzlicher Zwischenwert im Bereich der Dämmung ist im vorliegenden Fall nicht erforderlich.

Klimatische Randbedingungen

i = 20°C; φi = 50%

e = -10°C; φe = 80%

Bauteilaufbau von Innen nach Außen:

Für  ist bei zwei gegebenen Werten jeweils der für die Baukonstruktion ungünstigere Wert einzusetzen!

Material Dicke d

[mm]

λ [W/mK]

R [m²K/W]

μ [-]

sd

[m]

Wärmeübergangs-

widerstand innen 0,13

1 Stahlbeton 150 2,5 0,06 80 / 130 2 Polystyrol 140 0,035 4,0 40 3 Stahlbeton 100 2,5 0,04 80 / 130

Wärmeübergangs-

widerstand außen 0,04

Wärmedurchgangswiderstand: RT=4,27 m²K/W Wärmedurchgangskoeffizient: U =0,2342 W/m²K

Innen 20°C

Außen -10°C

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Temperaturverlauf durch das Bauteil

Temperatur in °C (2 Stellen hinter dem Komma angeben) Sättigungdruck psin Pa i = 20 °C

si = = = se = e =

700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500

Wasserdampfpartialdruck [Pa]

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Wasserdampfsättigungsdruck im Temperaturbereich von 30,9°C bis -10,9°C

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2.3. Oberflächentauwasser und Ertüchtigung einer bestehenden Außenwand.(2/2/4 Punkte)

Eine Außenwand besitzt einen Wärmedurchgangskoeffizienten von 2,4 W/m²K.

Im Innenraum beträgt die Temperatur i = 20°C und die relative Luftfeuchte i = 65%

Rechnen Sie mit folgenden Wärmeübergangswiderständen:

innen: Rsi = 0,13 m²K/W außen: Rse = 0,04 m²K/W. Verwenden Sie die Tabelle auf Seite 10.

a) Ab welcher inneren Oberflächentemperatur der Wand fällt Tauwasser auf der Oberfläche aus?

b) Ab welcher Außentemperatur unterschreitet die innere Oberflächentemperatur der Wand die Taupunkttemperatur?

c) Wieviel Dämmstoff der Wärmeleitfähigkeit R = 0,04 W/m K muss auf die Wand aufgebracht werden, damit bei einer

Außentemperatur von e = -15°C kein Tauwasser auf der inneren Bauteiloberfläche ausfällt?

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3. Aufgabe: Schallschutz

3.1. Rechnen mit Dezibel (3 Punkte)

Eine Blaskapelle besteht aus 10 Trompeten und 2 Posaunen. Der mittlere Schall-Leistungspegel einer Trompete beträgt 80 dB(A), der einer Posaune 87 dB(A).

a) Welchen Schall-Leistungspegel erzeugen alle Trompeter zusammen im Mittel?

b) Welchen Schall-Leistungspegel erzeugen alle Posaunisten zusammen im Mittel?

c) Welchen Schall-Leistungspegel erzeugt die ganze Kapelle im Mittel?

(Es genügt jeweils die Angabe des gesuchten Pegels mit einer kurzen Begründung.)

3.2. Berechnung eines Schalldämmmaßes (4 Punkte)

Eine Außenwand mit einer Fläche von 34 m² weist ein Schalldämm-Maß von 54 dB auf. In die Wand sollen zwei Fenster eingebaut werden. Die Fenster weisen eine Fläche von jeweils 2,5 m² und ein Schalldämm-Maß von 38 dB auf. Berechnen Sie das resultierende Schalldämm-Maß. Kann nach Einbau der Fenster das geforderte resultierende Schalldämm-Maß der Außenwand von 46 dB eingehalten werden?

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3.3. Nachhallzeit (9 Punkte)

Ein Klassenzimmer soll durch eine abgehängte Unterdecke akustisch verbessert werden.

Aufgabe: Ermitteln Sie den notwendigen Schallabsorptionsgrad des Deckensystems, um die

gewünschte Nachhallzeit zu erreichen. Berücksichtigen Sie dabei neben den Raumoberflächen auch die Schallabsorption durch Möblierung und die bei üblicher Besetzung im Raum anwesenden Personen.

gewünschte Nachhallzeit: Tsoll = 0,5 s Grundfläche des Raums: 8,0 m x 7,0 m Höhe des Raums: 3 m

Fenster: 7 Fenster mit je 2 m² Fläche Schallabsorption:

Oberflächen: Boden und Wände (Parkett bzw. Putz): α₁ = 0,03 Fensterflächen: α2 = 0,1

äquivalente Absorptionsfläche der Möblierung: 4 m²

Anzahl der üblicherweise anwesenden Personen: 25 Äquivalente Absorptionsfläche je Person: 0,5 m²

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3.4. Baulicher Schallschutz (10 Punkte)

Für einen Neubau soll ein Schallschutz-Nachweis nach DIN 4109 erstellt werden.

Ermitteln Sie das resultierende Schalldämmmaß für eine Trennwand zwischen zwei Wohnungen.

Achtung: Prüfen Sie insbesondere, ob Tabelle 15 anzuwenden ist!

Es werden unter Umständen nicht alle Tabellen zur Lösung benötigt.

Angaben Trennwand:

- 20 cm Kalksandstein der Rohdichte 2000 kg/m³ - Normalmörtel

- Beidseitig 15 mm Gipsputz

Flankierende Wand (Innenwand):

- Metallständerwand

- Schalenabstand 10 cm mit 50 mm Mineralfaser im Hohlraum - doppelt beplankt mit Gipskarton, 212,5 mm Stärke

- an Wohnungstrennwand unterbrochen

Flankierende Wand (Außenwand):

- 24 cm Hohlblocksteine der Rohdichte 1400 kg/m³ - Normalmörtel

- Innenseitig 15 mm Gipsputz

- Außenseitig 20 mm Kalkzementputz

Obere Decke:

- 180 mm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³

- Schwimmender Estrich, mit seitlichen Randdämmstreifen.

- Unterseite Sichtbeton gestrichen.

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Tabelle 3: Wandrohdichte in Abhängigkeit von Steinen und Mörtel

Tabelle 15: Korrekturwerte K

L,2 für das bewertete Tabelle 1: Bewertetes Schalldämmaß R´w,R

von einschaligen, biegesteifen Wänden und Decken (Rechenwerte)

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L,1 für das bewertete Schalldämm-Maß R‘

w,R von zweischaligen Wänden aus biegeweichen Schalen nach den Tabellen 9 und 10 als trennende Bauteile bei flankierenden Bauteilen mit der mittleren flächenbezogenen Masse m´L,Mittel

L,1 für das bewertete Schalldämm-Maß R‘

w,R von biegesteifen Wänden und Decken als trennende Bauteile nach den Tabellen 1, 5, 8, und 12 als trennende Bauteile bei flankierenden Bauteilen mit der mittleren flächenbezogenen Masse m´L,Mittel

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3.5. Kreuzen Sie an: (2 Punkte)

Wie ist bei gleichem Schalldruckpegel ein 100 Hz-Ton im Vergleich zu einem 1000 Hz-Ton?

 Der 100 Hz-Ton ist lauter.

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4. Aufgabe: Brandschutz

4.1. Feuerwiderstand von Holzkonstruktionen (4 Punkte)

Ein Brettschichtholzunterzug aus Nadelholz mit den Abmessungen 20/80 cm wird im Brandfall wie unten skizziert dreiseitig beansprucht. Er soll für die Feuerwiderstandsklasse F-90 als tragendes Bauteil nachgewiesen werden. Berechnen Sie diesbezüglich den brandschutztechnisch vorhandenen Restquerschnitt in cm².

Angaben: Für die Abbrandgeschwindigkeit des Holzes wird 0,7 mm/min angenommen.

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4.2. Brandschutzbekleidung (5 Punkte)

Ein geschweißtes Stahl-I-Profil mit den Profilaußenmaßen 120 mm x 120 mm wird als Stütze

eingesetzt. Die Stütze steht mit zwei Seiten an einer Massivwand.

Wie groß muss die Blechdicke t des Profils mindestens sein, damit bei einer brandschutztechnischen Bekleidung der zulässige U/A–Wert von 300 m^-1 nicht überschritten wird? Geben Sie den Wert in mm an.

(Vereinfachung: Verwenden Sie bei der Berechnung von A, dass die Höhe des mittleren Blechstreifen ca. 120 mm beträgt, unabhängig von der Dicke t.)

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4.3. Baukonstruktionen: (3 / 0,5 / 0,5 Punkte)

Aus welchen Gründen sind Stahlkonstruktionen brandschutztechnisch allgemein als kritisch einzustufen? (nennen Sie drei Gründe)

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b) In welcher Verordnung sind die brandschutztechnischen Bauteilanforderungen für die verschiedenen Gebäudeklassen im Land Hessen geregelt?

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c) Welches Verhalten ist im Brandfall beim Verlassen des Raumes richtig?

 Schließen aller Türen und Fenster

 Öffnen aller Türen und Fenster

4.4. Baustoffverhalten (2 Punkte)

Erklären sie, warum sich gipshaltige Bauplatte gut für die brandschutztechnische Bekleidung von Wänden und tragenden Bauteilen eignen!

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4.5. Raumabschluss (4 Punkt)

Welche Kriterien von raumabschließenden Bauteilen werden bei der Festlegung der