Klausur Bauphysik. Studiengang: Klausur Bauphysik. Uni-Studiengang. 23. März 2004

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1 Ingenieurholzbau und Seite 1 Uni-Studiengang 23. März 2004 Name: Matr.-Nr.: Studiengang: universitärer Diplom-Studiengang Bitte schreiben Sie auf jede Seite Ihren Namen und die Seitennummer. 1. Aufgabe 2. Aufgabe 3. Aufgabe 4. Aufgabe Gesamt Maximale Punkte 40 (23,1%) 40 (23,1%) 63 (36,4%) 30 (17,3%) 173 (100%) Erreichte Punkte

2 Ingenieurholzbau und Seite 2 1. Aufgabe (Energieeinsparverordnung): Für das in der Skizze dargestellte zu errichtende Wohngebäude (Reihenmittelhaus) sind die Nachweise nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) zu führen. Bearbeiten Sie folgende Punkte: 1. Ermitteln Sie die Flächen der zur wärmeübertragenden Umfassungsfläche gehörenden Bauteile A i (Außenwände, Fenster, Dach, Bodenplatte), die Fläche der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A, das beheizte Gebäudevolumen V e, die Gebäudenutzfläche A N und das Verhältnis A/V e. 2. Überprüfen Sie, ob für das Gebäude das vereinfachte Verfahren (Heizperiodenbilanzverfahren) angewendet werden darf. 3. Berechnen Sie den Jahres-Heizwärmebedarf Q h nach dem vereinfachten Verfahren (Heizperiodenbilanzverfahren). 4. Ermitteln Sie die Anlagenaufwandszahl e p nach dem Diagrammverfahren. Als Heizungsanlage soll Anlage 3 (Brennwertkessel und solar unterstützte Trinkwassererwärmung) verwendet werden. 5. Führen Sie die Nachweise für das Reihenmittelhaus. Die Temperaturen im Reihenmittelhaus sowie in den beiden benachbarten Reihenhäusern betragen jeweils θ ϑ 19 C (Gebäude mit normalen Innentemperaturen). Skizze: (schematische Darstellung)

3 Ingenieurholzbau und Seite 3 Weitere Angaben: Außenwände: U AW = 0,35 W/(m²K) Fenster: Erdgeschoss: Dachgeschoss: U W = 1,6 W/(m²K), Gesamtenergiedurchlaßgrad der Verglasung: g = 0,70 U W = 1,0 W/(m²K), Gesamtenergiedurchlaßgrad der Verglasung: g = 0,60 Fensterflächen: Die Fensterflächen sind mit den Maßen in der Skizze zu berechnen! Dach: U D = 0,25 W/(m²K) Bodenplatte: U G = 0,35 W/(m²K) Das Gebäude ist nicht unterkellert! Es soll eine Dichtheitsprüfung ("Blower-Door-Test") durchgeführt werden! Das Gebäude besitzt keine mechanisch betriebene Lüftungsanlage! Die Temperaturen im Reihenmittelhaus sowie in den beiden benachbarten Reihenhäusern betragen jeweils θ ϑ 19 C (Gebäude mit normalen Innentemperaturen). Das gesamte Dachgeschoss ist normal beheizt (Räume mit normalen Innentemperaturen). Ermitteln Sie die Primärenergieaufwandszahl e p nach dem Diagrammverfahren (Diagramm siehe nächste Seite)!

4 Ingenieurholzbau und Seite 4

5 Ingenieurholzbau und Seite 5 2. Aufgabe (Wärmeschutz) Gegeben ist die Außenwand eines Wohnhauses in Holztafelbauweise; siehe Skizze. 1. Berechnen Sie den Wärmedurchgangswiderstand R T. 2. Berechnen Sie den Wärmedurchgangskoeffizienten U. 3. Beurteilen Sie die Wand in Bezug auf die Anforderungen des Mindestwärmeschutzes nach DIN und hinsichtlich der Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV). 4. Geben Sie die Wärmestromdichte q für die unten angegebene Temperaturverhältnisse an. 5. Berechnen Sie die Oberflächentemperatur θ si auf der Wandinnenseite für die unten angegebenen Temperaturverhältnisse. Temperaturverhältnisse: Lufttemperatur außen: θ e = -10 C Lufttemperatur innen: θ i = +20 C Skizze: (Horizontalschnitt durch die Wand) Schichtenaufbau (von außen nach innen): 6: Kunstharzputz, d = 1 cm 3: Wärmedämmung aus Mineralfaser, Wärmeleitfähigkeitsgruppe 040, d = 18 cm 2: Dampfsperre (PE-Folie) 1: Gipskartonplatten nach DIN 18180, d = 1,25 cm 5: PS-Hartschaum, Wärmeleitfähigkeitsgruppe 040, d = 3 cm 4: Spanplatte (ρ = 15 kg/m³), d = 1,6 cm 3 : Stiele aus Nadelholz, 10/18 cm (Konstruktionsholz, trocken, ρ = 50 kg/m³)

6 Ingenieurholzbau und Seite 6 3. Aufgabe (Feuchteschutz): Gegeben ist der in der Skizze dargestellte Wandaufbau einer Außenwand. Bearbeiten Sie folgende Punkte: 1. Überprüfen Sie, ob sich im Wandquerschnitt Tauwasser bildet. Geben Sie ggf. den Ort bzw. den Bereich der Tauwasserbildung an! Hinweis für die Wahl der Werte µ: Tauwassergefährdet ist die Schichtgrenze zwischen Wärmedämmung (2) und Mauerwerk (3). 2. Berechnen Sie die Tauwassermasse und die Verdunstungsmasse. 3. Überprüfen Sie, ob die Wandkonstruktion bei Tauwasserbildung feuchtetechnisch zulässig ist (Nachweise führen!). 4. Geben Sie an, wo eine Dampfsperre anzuordnen ist, um Tauwasserbildung zu vermeiden. 5. Welche Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ muss die Dampfsperre mindestens aufweisen, damit gerade eben kein Tauwasser ausfällt? Dicke der Dampfsperre: d DS = 0,5 mm. 6. Wäre die Wandkonstruktion feuchtetechnisch auch dann zulässig, wenn während der Verdunstungsperiode eine Verdunstung nur zur Innenseite der Wand, nicht aber zur Außenseite möglich ist? Es ist die Tauwassermasse nach Punkt 1 zu Grunde zu legen. 7. Welche relative Luftfeuchte muss während der Verdunstungsperiode auf der Außenseite herrschen, damit die Verdunstungsmasse genau so groß wird, wie die unter Punkt 1 berechnete Tauwassermasse? Skizze: Schichtenaufbau (von innen nach außen): 1: Holzverkleidung, d = 2,4 cm (Konstruktionsholz, trocken, ρ = 20 kg/m³) 2: Wärmedämmung aus Mineralfaser, d = 3 cm (Wärmeleitfähigkeitsgruppe 040) 3: Mauerwerk aus Kalksandstein, d = 24 cm (nach DIN 106-1, ρ = 1200 kg/m³) 4: Fliesen, d = 1,0 cm (λ = 1,0 W/(mK), µ = 50/100)

7 Ingenieurholzbau und Seite 7 Klimabedingungen: (für die Aufgabenteile 4.1 bis 4.5) Tauperiode (Winter): innen: 20 C, Φ = 50% rel. F. außen: -10 C, Φ = 80% rel. F. Dauer: 1440 h (60 Tage) Verdunstungsperiode (Sommer): innen: 12 C, Φ = 70% rel. F. außen: 12 C, Φ = 70% rel. F. Tauwasserbereich: 12 C, Φ = 100% rel. F. Dauer: 2160 h (90 Tage) Berechnung: Schicht Wärmeübergang innen d (m) µ (-) s d = µ d (m) λ (W/mK) R si /R se d/λ (m²k/w) θ ( C) p s (Pa) Wärmeübergang außen Σ s d = Σ=R T = m²k/w U = 1/R T = W/(m²K)

8 Ingenieurholzbau und Seite 8 Glaserdiagramm:

9 Ingenieurholzbau und Seite 9 4. Aufgabe (Fragenteil): 1. Welche Wärmetransport-Mechanismen gibt es? 2. Wie wird Wärme bei den einzelnen Wärmetransport-Mechanismen übertragen? 3. Ist ein niedriger Wärmedurchgangskoeffizient U eines Bauteils im Hinblick auf Energieeinsparung günstig oder eher ungünstig anzusehen? Begründung! 4. Was ist der Unterschied zwischen dem Wärmedurchlasswiderstand R und dem Wärmedurchgangswiderstand R T? 5. Wie ist eine Wärmebrücke definiert? Nennen und skizzieren Sie zwei Beispiele für Wärmebrücken!

10 Ingenieurholzbau und Seite Zeichnen Sie den qualitativen Verlauf der Isothermen der dargestellten Außenwandecke in die Skizze ein! 6. Erläutern Sie die Begriffe Mindestwärmeschutz und energiesparender Wärmeschutz und geben Sie die hierfür jeweils gültige Norm bzw. Vorschrift an? 7. Beim Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes darf der vorhandene Sonneneintragskennwert S einen zulässigen Wert nicht überschreiten. Von welchen Faktoren hängt der Sonneneintragskennwert S ab? 8. Was sagt die Taupunkttemperatur aus (Beispiel Taupunkttemperatur = 9,3 C)?

11 Ingenieurholzbau und Seite Was verstehen Sie unter Wasserdampfdiffusion? 10. Was sagt die Wasserdampfdiffusionswidersandszahl µ aus? Beispiel: µ = 10000