Grundlagen der Bauphysik

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1 Gerhard Hilbig Grundlagen der Bauphysik Wärme - Feuchte - Schall Mit 221 Bildern, 24 Tabellen und 108 durchgerechneten Beispielen Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorbemerkungen 13 0 Allgemeines Grenzen des Wachstums Aufgabe der Bauphysik Was ist Bauphysik? 14 Stationärer Wärmetransport 16 1 Temperatur Temperatur und Leben Praktische Temperaturskala Temperaturmessung Ausdehnungsthermometer Widerstandsthermometer Thermodynamische Temperaturskala Temperatur und kinetische Energie 19 2 Wärmeenergie Wärmemenge, spezifische Wärmekapazität Mischungskalorimeter Schmelzwärme 25 3 Wärmeströme Konduktion Konvektion Strahlung Lüftung : Transition 37 4 Wärmetransportgleichung Allgemeines Ableitung Ergänzungen Randbedingungen Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit 45 5 Stationäre Temperaturfelder in ebenen Wänden Einschichtige Wände.' Randbedingungen 1. Art Randbedingungen 3. Art Randbedingungen 4. Art Zweischichtige Wände Randbedingungen 1. Art Randbedingungen 3. Art Transparente Wärmedämmung Volltransparentes Wärmedämmaterial Partiell-transparentes Wärmedämmaterial Dreischichtige Wände 75

3 Inhaltsverzeichnis 5.4 N-schichtige Wände Ergänzungen Platte mit konstanter Quelle Einsatz heizbarer Tapeten Parallel geschichtete Materialien 83 Stationäre Temperaturfelder in einfachen, nicht ebenen Strukturen Das Temperaturfeld in Zylinderschalen Eine geometrische Wärmebrücke Eine grobe, einfache Näherung Eine analytische Lösung Eine numerische Lösung 96 Strahlung Grundbegriffe Strahlungsoptische Größen Lichttechnische Größen Strahlungsgleichgewicht Kirchhoffsches Strahlungsgesetz Stefan-Boltzmannsches Gesetz Plancksches Strahlungsgesetz Wiensches Verschiebungsgesetz Strahlungswechselwirkung Strahlungsaustausch zwischen zwei Flächen Strahlungsaustausch zwischen drei Flächen Strahlungsaustausch zwischentv Flächen Strahlungswechselwirkungsquerschnitt 120 Wärmetransport durch Fenster 121 8;1 Einfachverglasung Allgemeines Energiebilanz Stationärer Fall Instationärer Fall Einfluß absorbierter Sonnenstrahlung Spezielle Eigenschaften Zweifachverglasung Allgemeines Wechselwirkung Verglasung/Raum Wechselwirkung Scheibe/Scheibe Kurzwelliger Photonenstrom, Gesamtenergiedurchlaßgrad Langwelliger Photonenstrom Energiebilanz der atmospärenseitigen Scheibe Energiebilanz der raumseitigen Scheibe k-werte unter Beachtung von Leitung, Konvektion und Strahlung Drei-Scheiben-Verglasung 150

4 Inhaltsverzeichnis 9 Wärmeschutz Allgemeines DIN Wärmeschutzverordnung Niedrigenergiehäuser Null-Heizenergiehäuser 164 Feuchtetransport ; Feuchtetechnische Begriffe Wasser Gasdruck Druckgradient, Barometrische Höhenformel Partialdruck Gewicht feuchter Luft Sättigungsdruck, Dampfdruckkurve Relative und absolute Feuchtigkeit Diffusiver Feuchtetransport Diffusion Diffusionswiderstandszahl und diffusionsäquivalente Luftschichtdicke Tauwasser Ergänzung.' Glaser-Verfahren Dampfbremse PC-Programm COND Konvektiver Feuchtetransport : Raumluftfeuchte Atmende Wand Erweiterte Feuchtegleichung Kapillarer Wassertransport Navier-Stokes-Gleichungen Bewegungsgleichung für den Flüssigkeitsmeniskus im senkrecht stehenden Rohr Kapillarkraft Mündungsdruck 241 Instationärer Wärmetransport Grundlagen Temperatur, Wärmemenge, spezifische Wärmekapazität Wärmestrom, Wärmestromdichte Wärmetransportprozesse Konduktion Transition Konvektion Strahlung Lüftung Ergänzungen Strahlungswechselwirkungsquerschnitt 259

5 10 Inhaltsverzeichnis Näherungsweise Berechnung des inneren Wärmeübergangskoeffizienten Wärmetransportgleichung Fouriersche Differentialgleichung Fouriersche Differentialgleichung mit Quellen bzw. Senken Wärmetransportgleichung in Fluiden Vereinfachte Wärmetransportgleichung Ausgewählte instationäre Wärmetransportprozesse Steintemperatur Temperaturverlauf an Kontaktflächen Erdtemperatur Problemformulierung Ermittlung des Temperaturfeldes Diskussion Natürlicher Wärmeübergang zwischen Atmosphäre und Erdreich, Systemfunktion Wärmestromdichte Einfluß der Sonnenstrahlung Dämmschicht auf dem Erdreich Andere Erregerfunktionen Fourier-Reihen Koeffizientenermittlung Instationäre Temperaturfelder in Wänden im eingeschwungenen Zustand Temperaturwellen Wellenzahl Temperaturamplitudenverhältnis TAV Basislösung der Wärmetransportgleichung Testwand Sehr dicke Wände Endlich dicke Wände Innen gedämmte Wände Das Temperaturfeld Ermittlung der unbekannten Konstanten Mehrschichtige Wände Matrizenformalismus Wandmatrix Atmosphärenseitige Übergangsmatrix Raumseitige Übergangsmatrix Thermisch eingeschwungener Zustand 370 Akustik Schwingungstechnische Grundbegriffe Allgemeines Elongation, Amplitude, Periodendauer, Frequenz, Kreisfrequenz Phase und Phasenwinkel Moderne Schreibweise, Zeigerdarstellung Schwingungsgleichung 377

6 Inhaltsverzeichnis Schwingungsenergie Energiedichte Energiedichte im ungedämpften System Bedämpfte Systeme Wellen Wellenbegriff Stehende Wellen : Transversal- und Longitudinalwellen Interferenz Wellengleichung und deren einfachste Lösungen Schallfeldgrößen Schallschnelle Schalldruck Energiedichte Schallintensität Schall-Leistung Schallintensitätspegel Pegelüberlagerung Schalldruckpegel Schall-Leistungspegel Freifeldausbreitung Schallpegel in ebenen Schallfeldern Schallpegel in kugelförmigen Schallfeldern Schallpegel in zylindrischen Schallfeldern Schallschirme Anhang Schallwellen an Grenzflächen Trennwände Schalldämm-Maß nach Berger Verbessertes Schalldämm-Maß Koinzidenzeffekt, Spuranpassung Schalldämm-Maß einer Wand mit Tür und Fenster Raumakustik Äquivalente Schallabsorptionsfläche Ergänzung zur absorbierten Schall-Leistung Schall-Leistungspegel im diffusen Schallfeld Raumresonanzen Echos ; Hallradius Luftschalldämmung Gekoppelte Räume Norm-Trittschallpegel Absorption Einschalige Wände Minderung der Reflexion : Komplexe Impedanz eines Dämmstoffes 469

7 12 Inhaltsverzeichnis Dämmstoff-Vorsatzschale Zweischalige Elemente Allgemeines Fenster Zwischenwände Vorsatzschalen Zwei voneinander verschiedene Schalen Schallgeschwindigkeit Gasförmige Medien Festkörper 487 Literaturverzeichnis..490 Bildquellennachweis 492 Sachwortverzeichnis 493