Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik Erreichbare Punkte Punkte

Transkript

1 Klausur Bauphysik Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik Name: Vorname: Matrikel-Nr.: Studiengang: -Adresse: Brandschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 23 Schallschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 30 Wärmeschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 34 Feuchteschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 33 Gesamtsumme 120 Note Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

2 Organisatorisches Seitenumfang der Prüfungsaufgaben: 18 Seiten (Vollständigkeit bitte prüfen!) Zugelassene Hilfsmittel: beidseitig handbeschriebenes Formelblatt (DIN A 4), Taschenrechner 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. Dämmstoffe (1 Punkt) Welche Eigenschaften von Dämmstoffen sind für den Brandschutz von maßgebender Bedeutung? (Nennen Sie mindestens 2) 1.2. Feuerwiderstandklasse (2 Punkt) In welche Feuerwiderstandsklasse wird eine Holzständerwand mit Gipskartonbekleidung und Steinwolledämmung eingeordnet, die die Anforderungen an den Feuerwiderstand über einen Zeitraum von 41 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 (5 Punkte) Nennen Sie die 5 Baustoffklassen nach DIN 4102, in die Baustoffe eingeteilt werden, und jeweils ein Beispiel. Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

4 1.5. Raumabschluss (4 Punkt) Welche Kriterien werden bei der Festlegung der Feuerwiderstandsklasse von tragenden, raumabschließenden Bauteilen geprüft? Nennen Sie 4 Kriterien! 1.6. Feuerwiderstand von Holzkonstruktionen (6 Punkt) Eine vor einer Stahlbetonwand platzierte Eichenholzstütze wird im Brandfall wie unten skizziert dreiseitig beansprucht. Die Stütze wird mit Abmessungen von 180mm/200mm eingebaut. Die statisch erforderliche Mindestkantenlänge beträgt für beide Seiten 150mm. Bestimmen Sie die Feuerwiderstandsdauer für beide Einbaurichtungen! Angaben: Abbrandgeschwindigkeit von Eichenholz: 0,4 mm/min Lösung: 1. Einbaurichtung: 62,5 Minuten 2. Einbaurichtung: 37,5 Minuten Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

5 1.7. Brandschutzbekleidungen (3 Punkt) Ein Stahlträger (IPE 220) dient als Unterzug einer Stahlbetondecke. Aus brandschutztechnischen Gründen soll dieser Kastenförmig mit Gipskartonplatten bekleidet werden. Kann die Einstufung in eine Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102 erfolgen? (Bedingung für Einstufung: U/A 300 m -1 ) Lösung: U/A=164,8 m -1 <300 m -1 Einstufung möglich! 2. Aufgabe: Schallschutz 2.1. Allgemein (2 Punkte) Was ist die Resonanzfrequenz und welchen Einfluss hat sie auf die Schalldämmung eines Bauteils? Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

6 2.2. Berechnung Schalldämmmaß (6 Punkte) Der Aufbau einer Außenwand mit einer Gesamtfläche von 23 m² weist ein Schalldämm-Maß von 58dB auf. In die Wand sollen 4 Fenster eingefügt werden. Berechnen sie, welche der beiden Varianten ein höheres resultierendes Schalldämmmaß für die Außenwand erwarten lässt. a) 4 Fenster je 1,2 m², R w, R = 32dB b) 4 Fenster je 1,5 m², R w, R = 35dB Lösung: a) R w.r,res = 38,8 db b) R w.r,res = 40,8 db 2.3. Nachhallzeit (10 Punkte) a) Berechnen Sie die Nachhallzeit für den nachfolgend beschriebenen Raum. b) Um die Raumakustik zu verbessern, soll die Oberfläche der Wände verändert werden. Welcher Wert ist für den Schallabsorptionsgrad der Wandflächen erforderlich, um eine Nachhallzeit von 0,8 Sekunden zu erreichen? Die Schallabsorption des Bodens und der Decke bleiben dabei unverändert. Angaben: Breite:: 5,6m Länge: 6,3m Höhe: 2,7m Oberflächen: Decke: Gipskartondecke: α s = 0,08 Boden: PVC: α s = 0,03 Wände: Putzoberfläche: α s = 0,01 Lösung: a) T = 3,44 Sekunden b) α Wand,erforderlich = 0,24 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

7 2.4. Schalldämmung (12 Punkte) Ein altes Schulgebäude soll im Hinblick auf seine schallschutztechnischen Eigenschaften überprüft werden. Ermitteln Sie das resultierende Schalldämmmaß für eine Trennwand zwischen zwei Unterrichtsräumen! Angaben Trennwand: mm Kalksandstein der Rohdichte 1400 kg/m³ - Leichtmörtel - Beidseitig 10 mm Gipsputz Flankierende Außenwand: mm Hochlochziegel der Rohdichte 900 kg/m³ - Normalmörtel - Außenseitig 20 mm Kalkzementputz - Innenseitig 15 mm Gipsputz Flankierende Innenwand: mm Kalksandstein der Rohdichte 1600 kg/m³ - Normalmörtel - Beidseitig 10 mm Gipsputz - Raumzugewandt biegeweiche Vorsatzschale Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

8 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. Lösung: R w,r,res = 50 db Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

9 Tabelle 1: Wandrohdichte in Abhängigkeit von Steinen und Mörtel Tabelle 2: Bewertetes Schalldämmaß R w,r von einschaligen, biegesteifen Wänden und Decken (Rechenwerte) Tabelle 3: Flächenbezogene Masse von Putzschichten Tabelle 4: Korrekturwerte K L,2 für das bewertete Schalldämm-Maß R w,r von biegesteifen Wänden und Decken als trennende Bauteile Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

10 Tabelle 5: Korrekturwerte K L,1 für das bewertete Schalldämm-Maß R w,r von biegesteifen Wänden und Decken als trennende Bauteile 3. Aufgabe: Wärmeschutz 3.1. Temperaturberechnung 6 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 = 50 % Lufttemperatur Außen: Ө a =-10 C Innerer Wärmeübergangswiderstand: R si = 0,13 m²k/w Wandaufbau 1: U=1,85 W/(m²K) Wandaufbau 2: U=0,20 W/(m²K) Lösung: Ө si,1 = 12,79 C Ө si,2 = 19,2 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

11 b) Ermitteln Sie die relative Luftfeuchtigkeit an der raumzugewandten Oberfläche für beide Lösung: φ 1 = 53% φ 2 = 79% Außenwände. (Nutzen sie die Tabelle auf der letzten Seite!) c) Die Voraussetzung für Schimmelpilzwachstum ist eine relative Luftfeuchtigkeit von mindestens 80%. Kann für Gebäude mit den genannten Wandaufbauten eine Schadensfreiheit im Hinblick auf Schimmelpilzwachstum garantiert werden? Begründen Sie ihre Antwort! 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 wiesen einen Achsabstand von 62,5 cm auf. a) Berechnen Sie den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Wand nach dem genauen Verfahren. Runden sie bei allen Rechnungen auf drei Nachkommastellen! Wandaufbau von außen nach innen: Schicht Baustoff d [mm] [W/mK] 1 Kalkputz 20 0,57 2 Holzweichfaserplatte 60 0,045 3a Dämmung 160 0,032 3b Holzständer 160 0,13 4 OSB-Platte 21 0,13 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

12 Wärmeübergangswiderstände: Innen: 0,13 m²k/w Außen:0,04 m²k/w außen Innen 4 Lösung: a) U m = 0,174 W/(m²K) b) für U=0,174 W/(m²K) d=21,1 cm für U=0,172 W/(m²K) d=21,4 cm Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

13 b) Eine 24 cm dicke Mauerwerkswand aus Kalksandstein ( =0,79 W/(mK)) soll den gleichen U-Wert erreichen. Welche Dämmstoffdicke ( =0,04 W/(mK)) ist hierzu mindestens erforderlich? Wie Dick ist die Mauerwerkswand anschließend? (Wenn Sie Aufgabenteil a) nicht gelöst haben, gehen Sie von U=0,172 W/(m²K) aus.) 3.3. Wärmebrücken (3 Punkte) Nennen Sie drei Beispiele für geometrische oder stoffbedingte Wärmebrücken, die in einem ungedämmten Mauerwerksbau üblicherweise auftreten können. Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

14 4. Aufgabe: Feuchteschutz 4.1. Luftfeuchtigkeit (5 Punkte) Die 19 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! b) Wie groß ist die relative Luftfeuchtigkeit, wenn die Luft auf 13,6 C abgekühlt wird? c) Wie groß sind der Wasserdampfpartialdruck und die relative Luftfeuchtigkeit, wenn die Luft auf 10,2 C abgekühlt wird? (Begründen Sie gegebenenfalls ihre Antwort!) 4.2. Taupunkttemperatur (2 Punkte) Erläutern Sie den Begriff Taupunkttemperatur in zwei bis drei Sätzen! Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

15 4.3. Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl (2 Punkte) Was sagt die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl über einen Baustoff aus? 4.4. Glaserverfahren (24 Punkte) Gegeben ist eine Außenwand in Massivbauweise mit Innendämmung. 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 20 C -10 C Bauteilaufbau von innen nach außen: Material Dicke d [mm] µ[-] [W/mK] 1. Gipsputz 10 0, Dampfbremse 0,2 1, Mineralwolle 120 0, Kalksandstein 240 0,79 15/25 5. Kalkzementputz 20 1,00 15/35 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

16 a) Ermitteln sie den Temperaturverlauf im Bauteil Temperaturverlauf durch das Bauteil: Schichtgrenze Temperatur in C i si 1/2 2/3 3/4 4/5 se e Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

17 b) Zeichnen Sie das Glaserdiagramm in das vorgegebene Diagramm ein und überprüfen Sie, ob in der Konstruktion Tauwasser ausfällt. Berechnen Sie gegebenenfalls die Tauwassermenge! Lösung: m W,T = 0,363 kg/m² Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

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