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Gebäudemodell-basierte Simulation von Raumluftströmungen

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die Arbeit diskutiert Simulationstechniken zur quantitativen Bestimmung und Bewertung von Luftströmungen in Innenräumen und die Anbindung dieser Techniken an ein Gebäudemodell. Die Anbindung von Simulationsverfahren an ein Bauwerksmodell wird durch die verschiedenen Modelle hinsichtlich Planung und Berechnung erschwert, die die unterschiedlichen Sichtweisen der am Planungsprozess Beteiligten implizieren. Zur Analyse und Interpretation der geometrischen, topologischen und semantischen Daten eines Bauwerksproduktmodells wird deshalb ein graphentheoretischer Ansatz vorgestellt. Zur Ableitung eines Raummodells werden ein Bauteilgraph, ein Raumflächengraph, ein Raumgraph und ein relationaler Objektgraph als Hilfsmittel identifiziert und Algorithmen zur Ableitung dieser Relationen entwickelt. Das Raummodell gestattet die semantische Identifizierung von Objekttypen und die Ableitung eines Objekt- und eines Oberflächenmodells, womit die Voraussetzung zur Kopplung zwischen dimensionsreduzierten und detaillierten Berechnungsverfahren des thermischen Gebäudeverhaltens gegeben ist. Die Anwendung des Verfahrens wird anhand der Analyse und geometrischen Diskretisierung eines komplexen Referenzmodells demonstriert. Zur Simulation konvektiver Raumluftströmungen wird das Gitter-Boltzmann Verfahren eingesetzt. Es werden dessen Erweiterungen hinsichtlich Energieerhaltung und eines Large-Eddy Feinstruktur-Turbulenzmodells diskutiert. Validierungsrechnungen des verwendeten hybriden thermischen Modells zeigen gute Übereinstimmungen mit Werten aus der Literatur. Anhand eines komplexen dreidimensionalen Beispiels der Innenraumluftströmung in einem Atrium wird die prototypische Umsetzung des Verfahrens aufgezeigt.

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Wärmebrücken
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Der rechnerische Wärmebrücken-Nachweis ist kompliziert und aufwändig, wird aber immer wichtiger, um hochwärmegedämmte Gebäude, KfW-Effizienzhäuser oder Passivhäuser wirtschaftlich realisieren zu können. Denn nur so lassen sich hohe, pauschale Wärmebrückenzuschläge und unwirtschaftliche Dämmstoffdicken vermeiden. Das Handbuch erläutert Schritt für Schritt die verschiedenen Nachweise von Wärmebrücken in Neubau und Bestand: detaillierte Wärmebrückenberechnungen nach DIN EN ISO 10211, Gleichwertigkeitsnachweise nach DIN 4108 Beiblatt 2 sowie die Besonderheiten bei KfW-Nachweisen. Beispiele zeigen, wie man Details und Anschlüsse optimiert und helfen so, eine Wärmebrücke zu minimieren und Tauwasserausfall sicher zu vermeiden. Mit Hilfe der Excel-Arbeitshilfen und dem kostenlosen Programm "Therm" lassen sich Wärmebrücken-Nachweise einfach, sicher und ohne spezielle Software erstellen. Die 2. Auflage wurde komplett aktualisiert und erweitert und liefert neue komplette Beispielrechnungen und Details zu Wärmebrücken im Holzbau, Massivbau (hochwärmegedämmter Ziegel), bei Sanierungen mit WDVS sowie zu verschiedenen Fensterkonstruktionen und Anschlüssen. Auch die Merkblätter und Sonderregelungen der neuen, vereinfachten KfW-Wärmebrückenbewertung für den erweiterten Gleichwertigkeitnachweis und das neue KfW-Wärmebrückenkurzverfahren werden erklärt. Die Excel-Arbeitshilfen zur Anwendung von "Therm" wurden überarbeitet und an die neuen KfW-Besonderheiten angepasst.

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Ekbert Hering, Bernd Schröder
Wärmeschutz und Heizungstechnik
essentials
Ein Überblick
2015, IX, 33 S., 22 SW-Abb. 210 mm, Softcover
Springer

 

 

Das Werk ist ein Auszug aus "Springer Ingenieurtabellen". Das Handbuch hat sich mit seinen Praxistabellen als Ergänzung zu "Hütte: Das Ingenieurwissen" bewährt. Beim Wärmeschutz im Hochbau werden Maßnahmen getroffen, um in beheizten Gebäuden ein für Menschen behagliches Raumklima zu schaffen. Grundlegend ist hierzu die Wärmebewegung durch Bauteile, die es zu berechnen gilt. Mindestanforderungen an den Wärmeschutz im Winter sind nach DIN geregelt. Im Bereich der Heizungstechnik unterscheidet man Einzelheizgeräte für Wohnräume, größere Räume und Hallen. Für die Zentralheizung gibt es je nach Wärmeträger unterschiedliche Systeme. Heizkörper und Heizflächen treten in verschiedenen Ausführungen auf. Neben dem hierfür notwendigen Rohrnetz sind noch Armaturen und meist Umwälzpumpen nötig. Die Wärmeerzeugung erfolgt in Heizkesseln, eventuell unterstützt durch Wärmepumpen und Sonnenkollektoren. Auch Fernheizungen haben sich stellenweise etabliert.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
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Matthias Pahn, Dirk Bayer, Sven O. Krumke, Christian Caspari, Tillman Gauer, Dirk Miguel Schluppkotten, Michael Holzhauser, Torsten Weiler
Großdemonstrator - Multifunktionale Betonfertigteile für energetisch nutzbare Gebäudetragstrukturen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3135
2019, 100 S., 64 Abb. u. 28 Tab., Softcover
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Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung des Großdemonstrators Smallhouse IV. Hierbei wird ein Gebäudeenergiekonzept erarbeitet, welches die Gebäudemasse aktiv zur Wärmespeicherung heranzieht. Ähnlich wie in Solaraktivhäusern soll die gesamte Wärmebereitstellung mittels einem minimalen primärenergetischen Bezug gewährleistet werden. Hierfür soll jedoch die solare Wärme nicht in überdimensionalen Wasserspeichern, sondern in der vorhandenen Gebäudemasse gespeichert werden. Zu diesem Zweck werden thermisch aktivierte Betonfertigteile entwickelt, die neben ihren statischen Aufgaben auch die thermischen Funktionen Wärmedämmung, Wärmespeicherung und Temperierung übernehmen. Diese Bauteile werden als multifunktionale Betonfertigteile bezeichnet.

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Stefan Schäfer, Robert Burgaß
Quantifizierung und Reduzierung von feuchtigkeitsbedingten Wärmeverlusten im denkmalgeschützten Gebäudebestand. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3110
2019, 255 S., 20 Abb. u. 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Gerade im Gebäudebestand liegen häufig Wandkonstruktionen vor, die durch einen ungenügenden oder fehlenden Feuchteschutz und durch starke Schwankungen der Bauteiltemperaturen geprägt sind. Die Reduzierung der Feuchte- und Temperaturbeanspruchungen bietet hier die Chance, auch ohne Dämmstoffe, eine energetische Ertüchtigung durchzuführen. Die Ziele des Forschungsprojektes waren daher, die Wechselbeziehungen zwischen feuchtigkeitsbelastetem Ziegelmauerwerk und den daraus resultierenden Wärmeverlusten zu untersuchen, Änderungen der Dämmeigenschaften und des Energieaufwands zum Beheizen zu quantifizieren sowie geeignete Ertüchtigungsmaßnahmen auszuarbeiten und zu analysieren, die zu einer messbaren Reduzierung von feuchtigkeitsbedingten Wärmeverlusten führen.

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Norbert Sack, Manuel Demel
Auswirkungen der Überarbeitung der EN ISO 10077-2 auf die wärmetechnischen Nachweise von Rollladenkästen - Erarbeitung eines Vorschlages zur Anpassung der Rollladenkastenrichtlinie
Bauforschung, Band T 3368
2019, 64 S., 2 Abb. u. 39 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Revision der EN ISO 10077-2 wurden aus technischer Sicht im Wesentlichen die Regelungen für die Behandlung von Lufthohlräumen geändert. Dies hat beim Rollladenkasten Auswirkungen auf die Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes des Rollraumes. Aktuell liegen keine Vergleichswerte bzw. Erfahrungen vor, mit welchen Auswirkungen durch die Änderung der Algorithmen zu rechnen ist. Daher ist auch nicht bekannt, in welcher Größenordnung sich Änderung bei den wärmetechnischen Eigenschaften von Rollladenkästen bei der Umstellung des Nachweisverfahrens auf die neue EN ISO 10077-2 ergeben würden. Ziel des Forschungsvorschlages war es daher vergleichende Berechnungen der wärmetechnischen Eigenschaften von Rollladekästen durchzuführen. Durch diese Berechnungen können die Auswirkungen der "neuen" EN ISO 10077-2 auf die wärmetechnischen Kennwerte von Rollladenkästen ermittelt werden.

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Oliver Kornadt, Svenja Carrigan, Tim Schöndube, Stefan Winter, Klaus Mindrup, Gerhard Knieriemen, Franz Loderer, Juliane Nisse, Hans R. Peters, Saif Rashid, Christof Richter, Torsten Schoch, André Staniszewski
Dynamisch thermisch-hygrisches Verhalten von Massivbaukonstruktionen: Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude aus Mauerwerk und thermisch aktivierbare Massivholzelemente. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3129
2019, 189 S., 192 Abb. u. 80 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die thermische Speicherfähigkeit von Baukonstruktionen kann erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und die thermische Behaglichkeit von Gebäuden haben. Im Zuge immer genauerer Berechnungs- und Bilanzierungsverfahren ist es notwendig, auch den Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit eines Gebäudes auf den Energiebedarf zu berücksichtigen. Hier setzt das vorliegende Forschungsprojekt mit einer Untersuchung und Bewertung der Auswirkungen der Wärmespeicherfähigkeit auf das thermische Verhalten von Gebäuden an. Außerdem wird eine Berücksichtigung der Wärmespeicherfähigkeit auch für moderne Holzkonstruktionen immer wichtiger. Ziel des Forschungsprojektes war zum einen die Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude, welcher es ermöglicht, ohne aufwendige Simulationsrechnungen Aussagen bezüglich des Einflusses der Wärmespeicherfähigkeit auf den Nutzenergiebedarf für Heizen, das sommerliche Überhitzungspotential und die thermische Behaglichkeit treffen zu können.

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C.-A. Graubner, Tilo Proske, Jochen Zeier
Entwicklung einer thermischen Entkoppelung von Stahlbetonwänden im Wand-Deckenknoten
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3134
2019, 152 S., 87 Abb. u. 48 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Gegenwärtig werden Wände im Übergangsbereich von unbeheizten zu beheizten Räumen nicht oder nur in Teilbereichen gedämmt. Dadurch entstehen erhebliche Wärmebrücken. Durch einen innovativen Wand-Decken-Anschluss könnte eine Verbesserung der wärmedämmenden Eigenschaften des Gebäudes erreicht werden. Derzeit gibt es für Wand-Decken-Anschlüsse im Stahlbetonbau kein geeignetes integrales System mit Dämmwirkung und lastabtragender Funktion. Daher sollten im Forschungsvorhaben die wissenschaftlichen Grundlagen für Anschlüsse zur thermischen Entkoppelung zwischen Stahlbetonwänden und Decken erarbeitet werden. Hinsichtlich der Methodik gliedert sich das Vorhaben in drei Teilbereiche: den theoretischen Teil, den experimentellen Teil sowie den analytischen Teil. Grundlage zur Anwendbarkeit des Wandanschlusses bildet die Erfüllung der bauphysikalischen Einflüsse. Wesentlich ist hierbei die Vorgabe aus dem Brandschutz, dass kraftübertragende Bereiche nur aus nichtbrennbaren Materialien bestehen dürfen. Mithilfe einer numerischen Berechnung zur Bestimmung des Wärmeflusses am Wand-Decken-Knoten konnte die einzuhaltende Wärmeleitfähigkeit für den Wandanschluss bestimmt werden.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Liebhart, Heiko; Cremers, Jan; Mirbach, David; Marx, Hannes
Wärmetransport und andere bauphysikalische Aspekte im Membranbau
Stahlbau, 2020

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Ludwig, Horst-Michael; Remus, Ricardo
Alternatives to heat curing. Accelerating concrete hardening
BFT International, 2020

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Hallschmid, Brigitte
Wärmebrücken-Beiblatt: Das ist neu. DIN 4108 Beiblatt 2:2019-06
EnEV Baupraxis, 2020

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Port, Lukas; Goeke, Johannes
Thermische Analyse einer Dachbegrünung mit Moosmatten
Bauphysik, 2019

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Kahmer, Herbert; Busch, Alexandra
Wärmeenergie der Luft, Erde und Sonne nutzen. Neuartige Massivabsorber und Hybrid-Wärmepumpen - ein effizientes System
Opus C, 2019

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