Name: Vorname: Studiengang. Matrikel-Nr.: Brandschutz. Erreichbare Aufgabe. Punkte. Punkte. Schallschutz Punkte.

Transkript

1 Klausur Bauphysik Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklungg und Bauphysik Name: Vorname: Matrikel-Nr.: Studiengang g: -Adresse: Brandschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 20 Schallschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 30 Wärmeschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 35 Feuchteschutz Aufgabe Summe Erreichbare Punkte Punkte 35 Gesamtsumme 120 Note Fachbereichh Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

2 Organisatorisches Seitenumfang der Prüfungsaufgaben: Zugelassene Hilfsmittel: Bearbeitungszeit: 19 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 (2 Punkt) In welche Feuerwiderstandsklasse wird eine Metallständerwand mit Gipskartonbekleidung und Steinwolledämmung eingeordnet, die die Anforderungen an den Feuerwiderstand über einen Zeitraum von 57 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. 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. Schutzziele (1,5Punkt) Welche Schutzziele verfolgt der bauliche Brandschutz? Nennen Sie die drei übergeordneten Ziele! 1.6. Feuerwiderstand von Holzkonstruktionen (5,5 Punkt) Eine vor einer Stahlbetonwand platzierte Nadelholzstütze wird im Brandfall wie unten skizziert dreiseitig beansprucht. Der statisch erforderliche Querschnitt beträgt 120mm/160mm. Die Stütze soll die Anforderungen an die Feuerwiderstandsklasse F90 erfüllen. Wie groß muss die Stütze je nach Einbaurichtung (längs oder quer zur Wand)eingebaut werden? Angaben: Abbrandgeschwindigkeit von Nadelholz: 0,7 mm/min Lösung: 183 mm / 286 mm 223 mm / 246 mm Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

5 2. Aufgabe: Schallschutz 2.1. Allgemein (1 Punkte) Welche beiden Arten von Schallübertragung gibt es in Gebäuden? 2.2. Berechnung Schalldämmmaß (4 Punkte) Eine Außenwand mit einer Gesamtfläche von 28 m² weist ein Schalldämm-Maß von 55dB auf. In die Wand sollen 3 Fenster eingebaut werden. Die Fenster weisen eine Fläche von jeweils 1,2 m² und ein Schalldämm-Maß von 34 db auf. Kann das geforderte resultierende Schalldämm-Maß der Außenwand von 43 db nach Einbau der Fenster eingehalten werden? Lösung: R w,r,res = 42,7 db Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

6 2.3. Nachhallzeit (10 Punkte) a) Berechnen Sie die Nachhallzeit für den nachfolgend beschriebenen Raum. b) Wie groß muss der Schallabsorptionsgrad der Decke sein, um die Nachhallzeit auf 0,8 Sekunden abzusenken? Angaben: Breite:: 7,0m Länge: 8,0m Höhe: 2,8m Oberflächen: Decke: Holzverkleidung: α s = 0,14 Boden: PVC: α s = 0,03 Wände: Mauerwerk: α s = 0,02 Lösung: a) T=2,3 s b) α s =0,51 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

7 2.4. Schalldämmung (15 Punkte) Ein bestehender Raum soll in zwei Nutzungsbereiche aufgeteilt werden. Hierfür wird einee Metallständerwand als leichte Trennwand eingebaut. Zur Minimierung der Schallübertragung über die untere Decke wird der vorhandene Estrich durch eine Trennfuge getrennt. Angaben Untere und obere Decke: 20 cm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³ Untere Decke mit schwimmendem Estrich nach DINN Teil 2 mit Trennfuge Flankierende Wände: 20,0 cm Kalksandstein der Rohdichte 1600 kg/m³ Beidseitig mit 15 mm Gipsputz der Rohdichte 1000 kg/m³ Vom Bauherren wird ein resultierendes bewertetes Schalldämmmaß R w,r unter Berücksichtigung der flankierenden Nebenwege von 50dB gefordert. Ermitteln Sie mit Hilfe H des Additionsverfahrens für den Skelettbau das erforderliche bewertete Schalldämmmaß der Trennwand. (Verwenden Sie zur Bearbeitung die folgenden Tabellen). Lösung: R w,r =54,5 db Tabelle 1: Bewertetes Schall-Längsdämm-Maß R L,w,R massiver flankierender Bauteile von Trennwänden (Rechenwerte) Fachbereichh Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

8 Tabelle 2: Bewertetes Schall-Längsdämm-Maß R L,w,R von schwimmenden Estrichenn nach DIN Teil 2 (Rechenwerte) Fachbereichh Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

9 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Schallenergie-Addittionsverfahren Differenz Boden Decke =... db R R L, w, R...DB L, w, R... db Ablesewert =... 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

10 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 ( 5 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 = 16,9 C. Die Raumtemperatur beträgt 20 C, die Außentemperatur -5 C. Der Wärmeübergangswiderstand auf der Innenseite beträgt 0,13 m²k/w. Bestimmen Sie den Wärmedurchgangskoeffizient U der vorhandenen Außenwand. -5 C 16,9 C Lösung: 0,954 W/(m²K) Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

11 3.3. Temperaturberechnung 6 Punkte a) Berechnen Sie die innere Oberflächentemperatur der folgenden Wandaufbauten unter den genannten Randbedingungen. Lufttemperatur Innen: Lufttemperatur Außen: Innerer Wärmeübergangswiderstand: T i =20 C T a =-12 C R si = 0,13 m²k/w Wandaufbau 1: U=1,7 W/(m²K) Wandaufbau 2: U=0,15 W/(m²K) Lösung: Wand 1: Ө si =12,9 C Wand 2: Ө si =19,4 C b) Bei einer Raumlufttemperatur von 20 C wird eine Oberflächentemperatur von 18 C gerade noch als behaglich empfunden. Welcher maximale U-Wert ergibt sich aus dieser Anforderung? (Außentemperatur und Wärmeübergangswiderstand wie in Aufgabenteil a) Lösung: 0,48 W/(m²K) 3.4. U-Wert-Berechnung (20 Punkte) In einer Außenwand in Holzrahmenbauweise mit einer Gesamtlänge von 5,06 m sind 9 Holzständer mit einem Querschnitt b/d = 6/18 cm integriert. Der genaue Wandaufbau ist der Skizze zu entnehmen. a) Berechnen Sie den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der gesamten Wand mit dem vereinfachten Verfahren. Runden sie bei allen Rechnungen auf drei Nachkommastellen. (15 Punkte) b) Ermitteln Sie zusätzlich für den Feldbereich, ob in der Schichtgrenze zwischen Holzweichfaserplatte und Mineralwolle Frostgefahr besteht. (Gehen Sie hierzu davon aus, dass sich keine Holzständer in der Wand befinden)(5 Punkte) Randbedingungen: Innentemperatur: 20 C Außentemperatur: -12 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

12 Tabelle 3: Wandaufbau von außen nach innen: Schicht Baustoff d [mm] [W/mK] 1 Kalkputz 20 0,57 2 Holzweichfaserplatte 60 0,05 3a Dämmung 180 0,035 3b Fichten-Holz 180 0,13 4 OSB-Platte 24 0,13 Wärmeübergangswiderstände: Innen: 0,13 m²k/w Außen: 0,04 m²k/w außen Innen 4 Lösung: a) U m =0,167 W/(m²K) b) Ө 2,3 =-5,67 C<0 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

13 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

14 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 1638 Pa. (Hinweis: Nutzen Sie zur Bearbeitung die Tabelle auf Seite 19!) a) Berechnen Sie die relative Luftfeuchtigkeit! Lösung: φ=0,700=70,0% b) Wie groß ist die relative Luftfeuchtigkeit, wenn die Luft auf 15 C abgekühlt wird? Lösung: φ=0,960=96,0% c) Wie groß sind der Wasserdampfpartialdruck und die relative Luftfeuchtigkeit, wenn die Luft auf 8 C abgekühlt wird? Lösung: φ=1,0=100,0%, p s =1073 Pa Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

15 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 g des sd-wertes zur Erstellung des Glaserdiagramms verwenden sollten. Schicht Material Dicke μ 1 (innen) Gipskartonplatte 15 mm 8/10 2 Hochlochziegel 240 mm 5 / 10 3 Polystyrol 160 mm 20 / (außen) Kunstharzputz 20 mm 50 / Glaserverfahren (25 Punkte) Gegeben ist eine Außenwand in Holzständer rbauweise. Überprüfen Ü Sie für den n dargestellten Gefachbereich der Außenwand anhand des Glaser-Verfahrens, ob in der dargestellten Konstruktion Tauwasser ausfällt. Nutzen sie die Tabelle auf Seite 20. 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 1. Gipskartonplatte 2. Mineralwolle 3. OSB-Platte 4. Holzfaserdämmplatte 5. Kalkzementputz Dicke d [mm] μ[-] R[m²K/W] R= =0,04 R= =5,14 R= =0,14 R= =1,6 R= =0, Fachbereichh Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

16 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 = m²k/w U= W/(m²K) Temperaturverlauf durch das Bauteil: Schichtgrenze Temperatur in C i 20,0 C si 1/2 2/3 3/4 4/5 se e -10,0 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

17 Wasserdampfpartialdruck in Pa Sättigungsdruck Feuchte Schicht 1 2 Schicht 2 3 Schicht 3 4 Schicht 4 5 Schicht sd Wert in m Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

18 b) Zusätzlich zu den gegebenen Schichten steht Ihnen eine Folie mit einem s d -Wert von 100 m zur Verfügung. Zwischen welchen Schichten sollten Sie diese einsetzen? (1 Punkt) c) Zeichnen Sie ein weiteres Glaserdiagramm mit dem neuen Aufbau A einschließlich der Dampfsperre in das folgende Diagramm und überprüfen Siee den Wandaufbau auff Tauwasser. (3 Punkte) (Hinweis: Der Temperaturverlauf ändert sich durch den Einbau dieser Dampfsperre nicht, die Temperatur auf beiden Seiten der Dampfsperre ist identisch. Zeichnen n Sie nicht zu genau, die Proportionen sind wichtiger!) Sättigungsdruck Feuchte Schicht 1 2 Schicht 2 3 Wasserdampfpartialdruck in Pa Schicht Schicht 4 55 Schicht sd Wert in m Fachbereichh Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik

19 Tabelle 4: Wasserdampfsättigungsdruck im Temperaturbereich von 30,9 C bis -10, 9 C Fachbereichh Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik