Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik Erreichbare Punkte Punkte

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1 Klausur Bauphysik Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik Name: Vorname: Matrikel-Nr.: Studiengang: -Adresse: Brandschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 22 Schallschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 36 Wärmeschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 32 Feuchteschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 30 Gesamtsumme 120 Note Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

2 Organisatorisches Seitenumfang der Prüfungsaufgaben: 19 Seiten (Vollständigkeit bitte prüfen!) Zugelassene Hilfsmittel: beidseitig handbeschriebenes Formelblatt (DIN A 4), Taschenrechner, Formelsammlung Bauphysik Bearbeitungszeit: 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. Raumabschluss (4 Punkt) Welche Kriterien von raumabschließenden Bauteilen werden bei der Festlegung der Feuerwiderstandsklasse von tragenden, raumabschließenden Bauteilen geprüft? Nennen Sie 4 Kriterien! 1.2. Feuerwiderstandklasse (2 Punkt) In welche Feuerwiderstandsklasse wird eine Metallständerwand mit Gipskartonbekleidung und Steinwolledämmung eingeordnet, die die Anforderungen an den Feuerwiderstand über einen Zeitraum von 88 Minuten erfüllt? 1.3. Baustoffverhalten (2 Punkte) Erklären sie, warum sich gipshaltige Bauplatten, z.b. Gipskartonplatten, gut für die brandschutztechnische Bekleidung von Wänden und tragenden Bauteilen eignen! 1.4. Baustoffklassen (4 Punkte) Ordnen Sie den genannten Baustoffen die richtige Baustoffklasse nach DIN 4102 zu. Gipskarton-Feuerschutzplatte PVC-Beläge Beton Mineralfaserdämmung Stahl Holzbalken Papier Kalksandstein Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

4 1.5. Feuerwiderstand von Holzkonstruktionen (4 Punkte) Ein dreiseitig brandbeanspruchter Brettschichtholzunterzug aus Nadelholz (Querschnitt b=220, h=600 mm) der Feuerwiderstandsklasse F-90 soll als tragendes Bauteil nachgewiesen werden. Berechnen Sie den brandschutztechnisch vorhandenen Restquerschnitt! Angaben: Abbrandgeschwindigkeit von Nadelholz: 0,7 mm/min 1.6. Brandschutzbekleidungen (6 Punkt) Ein Stahlträger dient als Stütze vor einer Stahlbetonwand. Aus brandschutztechnischen Gründen soll dieser kastenförmig mit Gipskartonfeuerschutzplatten bekleidet werden. Wie dick muss der Steg des Trägers mindestens sein, damit die Einstufung in eine Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102 erfolgen kann? (Bedingung für Einstufung: U/A 300 m -1 ) H Steg =180 mm t Steg =? B Flansch =120 mm t Flansch =5 mm Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

5 2. Aufgabe: Schallschutz 2.1. Allgemein (2 Punkte) Erläutern Sie kurz den Unterschied zwischen Schalldämmung und Schallabsorption! 2.2. Berechnung Schalldämmmaß (4 Punkte) Der Aufbau einer Außenwand mit einer Gesamtfläche von 12 m² weist ein Schalldämm-Maß von 58dB auf. In die Wand sollen 2 Fenster eingefügt werden. Berechnen sie das Schalldämmmaß der Wand für den Einsatz von normaler Verglasung und für den Einsatz von Schallschutzverglasung mit den gegebenen Schalldämmwerten. a) 2 Fenster je 1,5 m², R w, R = 32dB b) 2 Fenster je 1,5 m², R w, R = 39dB Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

6 2.3. Nachhallzeit (7 Punkte) a) Berechnen Sie die Nachhallzeit für den nachfolgend beschriebenen Raum. b) Wie groß muss die äquivalente Schallabsorptionsfläche sein, um eine Nachhallzeit von 0,9 Sekunden zu erreichen? Angaben: Länge: 7,5 m Breite:: 4,8 m Höhe: 2,6m Oberflächen: Decke: Gipskartondecke: α s = 0,06 Boden: PVC: α s = 0,02 Wände: Putzoberfläche: α s = 0,02 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

7 2.4. Schalldämmung in Massivbauten (17 Punkte) Ein altes Schulgebäude soll im Hinblick auf seine schallschutztechnischen Eigenschaften überprüft werden. a) Ermitteln Sie das resultierende Schalldämmmaß für eine Trennwand zwischen zwei Unterrichtsräumen! b) Es besteht die Möglichkeit, vor einer der beiden flankierenden Wände eine biegeweiche Vorsatzschale anzubringen. An welcher Wand sollte diese aus schallschutztechnischer Sicht angebracht werden und wie hoch ist anschließend das resultierende Schalldämmmaß? Angaben Trennwand: mm Kalksandstein der Rohdichte 1600 kg/m³ - Normalmörtel - Beidseitig 10 mm Gipsputz - Biegeweiche Vorsatzschale Flankierende Innenwand: mm Hochlochziegel der Rohdichte 800 kg/m³ - Normalmörtel - Beidseitig 10 mm Gipsputz Flankierende Außenwand: mm Kalksandstein der Rohdichte 1800 kg/m³ - Normalmörtel - Innenseitig 10 mm Gipsputz - Außenseitig 15 mm Kalkzementputz Obere Decke: mm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³ - Deckenunterseite gestrichen Untere Decke: mm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³ - Schwimmender Estrich, durch Trennwandanschluss konstruktiv getrennt. Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

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9 Tabelle 3: Wandrohdichte in Abhängigkeit von Steinen und Mörtel Tabelle 8: Bewertetes Schalldämmaß R w,r von einschaligen, biegesteifen Wänden mit einer biegeweichen Vorsatzschale Tabelle 13: Korrekturwerte K L,1 für das bewertete Schalldämm-Maß R w,r von biegesteifen Wänden und Decken als trennende Bauteile Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

10 Tabelle 4: Flächenbezogene Masse von Wandputz Tabelle 15: Korrekturwerte K L,2 für das bewertete Schalldämm-Maß R w,r von biegesteifen Wänden und Decken als trennende Bauteile 2.5. Schalldämmung in Skelettbauten 6 Punkte Ein bestehender Raum soll in zwei Wohnungsbereiche aufgeteilt werden. Hierfür wird eine Metallständer-Wand als leichte Trennwand eingebaut. Zur Minimierung der Schallübertragung über die untere Decke wird die Trennwand auf den Fußboden aufgestellt. Das resultierende bewertete Schalldämmaß soll 50 db betragen. Ermitteln Sie nach dem Additionsverfahren für den Skelettbau das erforderliche bewertete Schalldämmmaß R W,R für die leichte Trennwand unter Berücksichtigung der flankierenden Nebenwege. Angaben: Schalllängsdammmaße: Fußboden: 70 db Decke: 60 db Außenwand: 58 db Flurtrennwand: 54 db Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

11 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Schallenergie-Addittionsverfahren Decke R L, w, R... db Differenz =... db Ablesewert =... db Boden R L, w, R...DB Ablesewerte Differenz 0,0 3,0 0,5 2,8 1,0 2,5 1,5 2,3 2,0 2,1 2,5 1,9 3,0 1,8 3,5 1,6 4,0 1,5 Wand 1 R L, w, R...DB 1 kleinster Wert von B und D abzüglich Ablesewert =... db Differenz =... db Ablesewert =... db Wand 1 R L, w, R...DB Decke R L, w, R Boden R L, w, R...DB Trennwand R w, R...DB...DB Wand 2 R L, w, R...DB 4,5 1,3 5,0 1,2 5,5 1,1 6,0 1,0 2 kleinster Wert von W1 und 1 abzüglich Ablesewert =... db 6,5 0,9 7,0 0,8 7,5 0,7 8,0 0,6 8,5 0,6 Wand 2 R L, w, R...dB Differenz =... db Ablesewert =... db 9,0 0,5 9,5 0,5 10,0 0,4 10,5 0,4 11,0 0,3 kleinster Wert von W2 und 2 abzüglich Ablesewert =... db Resultierendes Schall- Längsdämm-Maß der flankierenden Bauteile 11,5 0,3 12,0 0,3 12,5-14,5 0,2 Trennwand R L, w, R Differenz =... db 15-19,5 0,1 >20 0,0 =... db Ablesewert =... db kleinster Wert von Trennwand und SLDM-Flanken abzüglich Ablesewert =... db Resultierendes Schalldämm-Maß R' der Trennwand unter Berücksichtigung der flankierenden Bauteile Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

12 3. Aufgabe: Wärmeschutz 3.1. Temperaturberechnung 4 Punkte a) Berechnen Sie die innere Oberflächentemperatur der folgenden Außenwandaufbauten unter den genannten Randbedingungen. Lufttemperatur Innen: Ө i =20 C Relative Luftfeuchte Innen: φ i = 65 % Lufttemperatur Außen: Ө a =-5 C Innerer Wärmeübergangswiderstand: R si = 0,13 m²k/w Wandaufbau 1: U=1,6 W/(m²K) Wandaufbau 2: U=0,15 W/(m²K) b) Ermitteln Sie die relative Luftfeuchtigkeit an der raumzugewandten Oberfläche für beide Außenwände. (Nutzen sie die Tabelle auf der letzten Seite!) Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

13 3.2. U-Wert-Berechnung (25 Punkte) Für eine Außenwand in Holzrahmenbauweise soll der Wärmedurchgangskoeffizient ermittelt werden. Die Holzständer haben eine Breite von 6 cm und weisen einen Achsabstand von 56,0 cm auf. a) Berechnen Sie den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Wand nach dem genauen Verfahren. Runden sie bei allen Rechnungen auf drei Nachkommastellen! b) Ermitteln Sie, ab welcher Außenlufttemperatur die Temperatur zwischen Schicht 2 und Schicht 3 die Frostgrenze ( 0 C ) unterschreitet, wenn die Innenlufttemperatur 20 C beträgt. Gehen Sie bei dieser Berechnung davon aus, dass die Wand keine Holzständer beinhaltet. (Hinweis: Beachten Sie bei der Temperaturberechnung, dass die Nummerierung der Schichten von außen nach innen erfolgt ist) Wandaufbau von außen nach innen: Schicht Baustoff d [mm] [W/mK] 1 Kalkputz 15 0,57 2 Holzweichfaserplatte 80 0,045 3a Dämmung 140 0,041 3b Holzständer 140 0,13 4 OSB-Platte 21 0,13 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

14 Wärmeübergangswiderstände: R si = 0,13 m²k/w R se = 0,04 m²k/w außen Innen 4 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

15 3.3. Wärmebrücken (3 Punkte) Nennen Sie die verschiedenen Arten von Wärmebrücken und jeweils ein baupraktisches Beispiel! 4. Aufgabe: Feuchteschutz 4.1. Taupunkttemperatur (2 Punkte) Erläutern Sie den Begriff Taupunkttemperatur in zwei bis drei Sätzen! 4.2. Luftfeuchtigkeit (5 Punkte) a) Bestimmen Sie die Taupunkttemperatur für 21,0 C warme Luft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65%. b) Wie hoch ist die relative Luftfeuchtigkeit, wenn die Luft auf 17,5 C abgekühlt wird? c) Bei welcher Temperatur beträgt die relative Luftfeuchtigkeit genau 80%? (Hinweis: Nutzen Sie zur Bearbeitung die Tabelle auf der letzten Seite!) Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

16 4.3. Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl (4 Punkte) a) Erläutern Sie kurz, warum für manche Baustoffe zwei verschiedene Werte für die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl angegeben werden. b) Wenn zwei verschiedene Werte für die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl angegeben werden, wovon hängt es dann ab, welchen Wert Sie verwenden? 4.4. Glaserverfahren (19 Punkte) Gegeben ist eine Außenwand in Massivbauweise mit einem Wärmedämmverbundsystem. Überprüfen Sie für den gegebenen Aufbau anhand des Glaser-Verfahrens, ob in der dargestellten Konstruktion Tauwasser ausfällt. Nutzen sie die Tabelle auf der letzten Seite! Klimatische Randbedingungen i = 20 C; φ i = 50% e = -10 C; φ e = 80% Wärmeübergangswiderstände: R si =0,13 m²k/w R se =0,04 m²k/w Innen 20 C Außen -10 C Bauteilaufbau von innen nach außen: Material Dicke d [mm] µ[-] [W/mK] 1. Gipsputz 10 0,51 5/10 2. Mauerwerk 240 0,8 15/25 3. Polystyrol 160 0,035 30/80 4. Kalkzementputz 20 1,00 15/35 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

17 a) Ermitteln sie den Temperaturverlauf im Bauteil Temperaturverlauf durch das Bauteil: Schichtgrenze Temperatur in C i 20 si 1/2 2/3 3/4 se e -10 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

18 b) Zeichnen Sie das Glaserdiagramm in das vorgegebene Diagramm ein und überprüfen Sie, ob in der Konstruktion Tauwasser ausfällt. Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

19 Wasserdampfsättigungsdruck im Temperaturbereich von 30,9 C bis -10,9 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik