Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik Summe

Transkript

1 Klausur Bauphysik Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik Name: Vorname: Matrikel-Nr.: Studiengang: -Adresse: Brandschutz Aufgabe Summe Punkte Schallschutz Aufgabe Summe Punkte Wärmeschutz Aufgabe Summe Punkte Feuchteschutz Aufgabe Summe Punkte Gesamtsumme Note Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

2 Organisatorisches Seitenumfang der Prüfungsaufgaben: Zugelassene Hilfsmittel: Bearbeitungszeit: 20 Seiten (Vollständigkeit bitte prüfen!) beidseitig handbeschriebenes Formelblatt, Taschenrechner 120 Minuten Hinweise 1. Die erreichbare Punktzahl für jede Aufgabe ist vermerkt. Insgesamt können 120 Punkte erreicht werden. 1 Punkt entspricht etwa einer Bearbeitungszeit von 1 Minute. 2. Nur gut lesbare, eindeutige und nachvollziehbare Ergebnisse werden gewertet. 3. Keine grünen oder roten Farbstifte verwenden. 4. Nur dokumentenechte Stifte verwenden, kein Bleistift! 5. Ein Täuschungsversuch führt sofort zum Abbruch der Klausur und Bewertung dieser als nicht bestanden. 6. Studenten- und Lichtbildausweis bitte bereitlegen. 7. Bei fehlenden Angaben sind sinnvolle Annahmen zu treffen. Viel Erfolg! Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

3 1. Aufgabe: Brandschutz 1.1. Baustoffklassen (5 Punkte) Nennen Sie die 5 Baustoffklassen nach DIN 4102, in die Baustoffe eingeteilt werden, und jeweils ein Beispiel Feuerwiderstandklasse (1 Punkt) In welche Feuerwiderstandsklasse wird eine Holzständerwand mit Gipskartonbekleidung und Steinwolledämmung eingeordnet, die die Anforderungen an den Feuerwiderstand über einen Zeitraum von 87 Minuten erfüllt? F60-BA 1.3. Brandphasen (2 Punkte) Ein Brand wird in verschiedene Brandphasen eingeteilt. Welche gibt es nicht? Erhitzungsphase Schwelbrandphase Ausbreitungsphase Abkühlungsphase Zündphase Aufwärmphase 1.4. Raumabschluss (4 Punkt) Welche Kriterien von raumabschließenden Bauteilen werden bei der Festlegung der Feuerwiderstandsklasse geprüft? Nennen Sie 4 Kriterien! Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

4 1.5. Feuerwiderstand (6 Punkt) Zur Installationsführung wird vor eine Bestandswand eine Vorsatzschale in Holzständer-Bauweise gestellt. Schätzen Sie über die Komponenten-Additiv- Methode die brandschutztechnische Qualität (Feuerwiderstandsklasse) der Konstruktion bei einem Brand von der Raumseite und bei einem Brand im Installationsraum (2-seitige Beanspruchung der Ständer) ab. Beplankung obere Lage: 15 mm Gipskarton-Feuerschutzplatten Beplankung untere Lage: 19 mm Spanplatte (Holzwerkstoff t 1 ) Ständerkonstruktion: Nadelholz, Abbrandgeschwindigkeit 0,7 mm/min b/d = 8/8 cm, erf. Mindestkantenlänge 4 cm Plattendicke mm Holzwerkstoffe t 1 Holzwerkstoffe nach ENV t2 Gipskarton - Feuerschutzplatten GKF t3 Gipsfaserplatten FERMACELL t Ca-Si - Platten PROMATECT- H 4 t5 Gipskarton - Bauplatte GKF t6 Knauf-Fireboard GFK nach ENV min Plattendicken Wiederstandszeiten Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

5 1.6. Brandschutzbekleidung von Stahlträgern (6 Punkt) Eine 3-seitig brandbeanspruchte Stahlstütze soll aus brandschutztechnischen Gründen kastenförmig mit Gipskartonplatten bekleidet werden. Wie dick muss das Stahlblech der Stütze sein, damit die Einstufung in eine Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102 erfolgen kann? (Bedingung: U/A <= 300m -1 ) Lösung: t 3,3 mm 172 mm 180 mm 1.7. Feuerwiderstand von Holzkonstruktionen (6 Punkt) Eine vor einer Stahlbetonwand platzierte Nadelholzstütze wird im Brandfall wie unten skizziert dreiseitig beansprucht. Der statisch erforderliche Querschnitt beträgt 160mm/160mm. Wie groß muss die Stütze eingebaut werden, damit die Stütze in die Feuerwiderstandsklasse F60 eingeordnet werden kann? Angaben: Abbrandgeschwindigkeit von Nadelholz: 0,7 mm/min Lösung: 244mm/202mm Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

6 2. Aufgabe: Schallschutz 2.1. Schalldämmmaß (4 Punkte) Kann das bewertete Schalldämm-Maß einer Trennwand aus Stahlprofilen mit einer beidseitigen, doppelten Gipsbeplankung größer sein als das bewertete Schalldämmaß einer einschaligen Mauerwerkswand, obwohl die flächenbezogene Masse viel geringer ist? Begründen sie Ihre Aussage! 2.2. Berechnung Schalldämmmaß (6 Punkte) In einer Trennwand zwischen zwei benachbarten Nutzungseinheiten ist eine Tür eingebaut. Berechnen Sie das resultierende Luftschalldämmmaß der zusammengesetzten Fläche. gesamtfläche Wand S Wand = 11 m² Gesamtfläche Wand A Wand = 11 m² Teilfläche Tür A Tür = 2 m² teilfläche Wand S Wand = 9 m² Schalldämmmaß Wand: R w,r,wand = 55 db Schalldämmmaß Tür: R w,r,tür = 32 db Teilfläche Tür S Tür = 2m² Lösung: 39,3 db Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

7 2.3. Nachhallzeit (8 Punkte) a) Berechnen Sie die Nachhallzeit für den nachfolgend beschriebenen Raum. b) Wie groß muss der Schallabsorptionsgrad der Decke sein, um die Nachhallzeit auf 1,0 Sekunden abzusenken? Angaben: Grundfläche: 5,0m x 6,5m Höhe: 2,7m Oberflächen: Decke: Holzverkleidung: α s = 0,14 Boden: Teppich: α s = 0,10 Wände: Mauerwerk: α s = 0,02 Lösung: a) 1,58 Sekunden b) Α s,decke = 0,30 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

8 2.4. Schalldämmaß (12 Punkte) a) Berechnen Sie das bewertete Schalldämmmaß einer gemauerten Trennwand mit einer biegeweichen Vorsatzschale unter Berücksichtigung der flankierenden Nebenwege R w,r. Benutzen Sie dazu die Tabellen 3, 4, 8,13 und 15 auf den folgenden Seiten. b) Durch welche Maßnahme an den flankierenden Bauteilen lässt sich das bewertete Schalldämm- Maß der Trennwand verbessern, ohne die Masse der Wände oder Decken wesentlich zu erhöhen? Wie groß ist die maximale rechnerische Verbesserung dieser Maßnahme? Trennwand: Wanddicke 24 cm, Mauerwerk der Steinrohdichte 1200 kg/m³ mit Leichtmörtel, beidseitig mit 15 mm Kalkzementputz verputzt, biegeweiche Vorsatzschale. Flankierende Wände: Wanddicke 11,5 cm, Mauerwerk der Steinrohdichte 1000 kg/m³ mit Normalmörtel, beidseitig mit 15 mm Kalkzementputz verputzt. Decke oben und Decke unten: Stahlbeton mit einer Rohdichte von 2200 kg/m³, Plattendicke 16 cm. Lösung: a) R w,r,res =53dB b) 6dB Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

9 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

10 Tabelle 3: Wandrohdichte einschaliger, biegesteifer Wände aus Steinen und Platten (Rechenwerte) Tabelle 4: Flächenbezogene Masse von Wandputz Tabelle 8: Bewertetes Schalldämm-Maß R w,r von einschaligen, biegesteifen Wänden mit einer biegeweichen Vorsatzschale (Rechenwerte) Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

11 Tabelle 13: Korrekturwerte K L,1 für das bewertete Schalldämm-Maß R w,r von biegesteifen Wänden als trennendes Bauteil bei flankierenden Bauteilen mit der mittleren flächenbezogenen Masse m L,mittel Tabelle 15: Korrekturwerte K L,2 für das bewertete Schlldämm-Maß R w,r trennender Bauteile mit biegeweicher Vorsatzschale, schwimmendem Estrich/Holzfußboden oder aus biegeweichen Schalen Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

12 3. Aufgabe: Wärmeschutz 3.1. Wärmebrücken (4 Punkte) Nennen Sie die verschiedenen Arten von Wärmebrücken und mindestens 2 negative Auswirkungen von Wärmebrücken! 3.2. U-Wert ( 6 Punkte) Im Zuge von Sanierungsarbeiten soll der Wärmedurchgangskoeffizient U einer Bestandswand ermittelt werden. Da Kenntnisse über den Aufbau der Wand und die verwendeten Baustoffe fehlen, wird die Oberflächentemperatur der Wandinnenseite gemessen mit si = 17,66 C. Die Raumtemperatur beträgt 20 C, die Außentemperatur -10 C. Der Wärmeübergangswiderstand auf der Innenseite beträgt 0,13 m²k/w. Bestimmen Sie den Wärmedurchgangskoeffizient U der vorhandenen Außenwand. Lösung: U=0,6 W/(m²K) Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

13 3.3. U-Wert-Berechnung (20 Punkte) In einer Außenwand in Holzrahmenbauweise mit einer Gesamtlänge von 7,56m sind 13 Holzständer mit einem Querschnitt b/d = 6/20 cm integriert. Der genaue Wandaufbau ist der folgenden Skizze zu entnehmen. a) Berechnen Sie den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der gesamten Wand mit dem vereinfachten Verfahren (oberer Grenzwert). Runden sie bei allen Rechnungen auf drei Nachkommastellen. b) Berechnen Sie zusätzlich für den Feldbereich die Temperatur zwischen Holzweichfaserplatte und Mineralwolle. Randbedingungen: Innentemperatur: 20 C Außentemperatur: -10 C Wandaufbau von außen nach innen: Schicht Baustoff d [mm] [W/mK] 1 Putz 15 0,57 2 Holzweichfaserplatte 80 0,06 3a Dämmung 200 0,04 3b Fichten-Holz 200 0,13 4 OSB-Platte 20 0,13 Wärmeübergangswiderstände: Innen: 0,13 m²k/w Außen: 0,04 m²k/w außen Innen 4 Lösung: a) U m = 0,166 W/(m²K) oder U m = 0,171 W/(m²K) b) T 2,3 =-3,78 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

14 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

15 4. Aufgabe: Feuchteschutz 4.1. Taupunkttemperatur (2 Punkte) Erläutern Sie den Begriff Taupunkttemperatur in zwei bis drei Sätzen! 4.2. Luftfeuchtigkeit (6 Punkte) Die 20 C warme Luft eines dicht abgeschlossenen Raumes besitzt einen Wasserdampfpartialdruck von 1521 Pa. (Hinweis: Nutzen Sie zur Bearbeitung die Tabelle auf der letzten Seite!) a) Berechnen Sie die relative Luftfeuchtigkeit! Lösung: 65% Wie groß ist die relative Luftfeuchtigkeit, wenn die Luft auf 15 C abgekühlt wird? Lösung: 89% c) Wie groß sind der Wasserdampfpartialdruck und die relative Luftfeuchtigkeit, wenn die Luft auf 5 C abgekühlt wird? Lösung: 872 Pa, 100% Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

16 4.3. Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl ( 2 Punkte) Gegeben ist folgender Schichtaufbau einer Außenwand von Innen nach Außen. Bitte kreisen sie für jede Schicht den jeweiligen μ-wert ein, den Sie für die Berechnung des sd-wertes zur Erstellung des Glaserdiagramms verwenden sollten. Schicht Material Dicke μ 1 (innen) Gipsputz 15 mm 15 / 20 2 Polystyrol-Dämmung 40 mm 80 / Beton 180 mm 70 / (außen) Kalkputz 15 mm 15 / Glaserverfahren (20 Punkte) Gegeben ist eine Außenwand in Holzständerbauweise. Überprüfen Sie für den dargestellten Gefachbereich der Außenwand anhand des Glaser-Verfahrens, ob in der dargestellten Konstruktion Tauwasser ausfällt. Der Temperaturverlauf durch das Bauteil ist bereits vorgegeben. a) Zeichnen Sie das Glaserdiagramm in das vorgegebene Diagramm ein und überprüfen Sie, ob in der Konstruktion Tauwasser ausfällt. Bauteilaufbau von Innen nach Außen: Material Dicke d [mm] μ[-] R [m²k/w] 1. Gipskartonplatte 12,5 10 R=0,04 2. Mineralwolle R=3,0 3. OSB-Platte R=0,16 4. Holzfaserdämmplatte 80 5 R=1,6 5. Kalkzementputz R=0, Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

17 Klimatische Randbedingungen i = 20 C; i = 50% e = -10 C; e = 80% Wärmeübergangswiderstände: R si =0,13 m²k/w R se =0,04 m²k/w Wärmedurchgangswiderstand: Wärmedurchgangskoeffizient: R T =5,000 m²k/w U=0,200 W/(m²K) Temperaturverlauf durch das Bauteil: Schichtgrenze Temperatur in C i 20,0 C si 19,22 1/2 18,98 2/3 0,98 3/4 0,02 C 4/5-9,58 C se -9,76 C e -10,0 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

18 Lösung: Es fällt Tauwasser aus ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

19 b) Zusätzlich zu den gegebenen Schichten steht Ihnen eine Dampfsperr-Folie mit einem s d -Wert von 100 m zur Verfügung. Zwischen welchen Schichten würden Sie diese einsetzen? Lösung: Zwischen Schicht 1 und Schicht Zeichnen Sie ein weiteres Glaserdiagramm mit dem neuen Aufbau und überprüfen Sie den Wandaufbau auf Tauwasser. (Annahme: Der Temperaturverlauf ändert sich durch den Einbau dieser Dampfsperre nicht). Lösung: Es fällt kein Tauwasserb aus 2500 Wandaufbau mit Dampfsperre Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

20 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik