Klausur Bauphysik Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik 04.09.2012 Name: Vorname: Matrikel-Nr.: Studiengang: E-Mail-Adresse: Aufgabe 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Summe Punkte 3 1 1 2 4 6 7 24 Schallschutz Aufgabe 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Summe Punkte 1 4 2 7 16 30 Wärmeschutz Aufgabe 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Summe Punkte 2 5 6 13 8 34 Feuchteschutz Aufgabe 4.1 4.2 4.3 4.4 Summe Punkte 3 2 2 25 32 Organisatorisches Seitenumfang der Prüfungsaufgaben: Gesamtsumme 19 Seiten (Vollständigkeit bitte prüfen!) Zugelassene Hilfsmittel: beidseitig handbeschriebenes Formelblatt (DIN A 4), Taschenrechner, Formelsammlung Bauphysik (4 Seiten) Bearbeitungszeit: 120 Minuten Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 1
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 04.09.2012 2
1. Aufgabe: Brandschutz 1.1. Baustoffverhalten (3 Punkt) Welche Eigenschaften von Dämmstoffen sind für den Brandschutz von maßgebender Bedeutung? Nennen Sie mindestens 3! 1.2. Allgemeine Fragen (1 Punkte) Die Bezeichnung F90-A beschreibt die brandschutztechnische Klassifizierung von feuerbeständigen Wandkonstruktionen hochfeuerhemmenden Fenstern aus nicht brennbaren Baustoffen nicht brennbaren Baustoffen 1.3. Allgemeine Fragen (1 Punkt) Die Klasse B1 kennzeichnet die brandschutztechnische Klassifizierung von tragenden Bauteilen aus Holz schwerentflammbaren Baustoffe feuerhemmenden Baustoffe 1.4. Allgemeine Fragen (2 Punkt) Aus brandschutztechnischer Sicht werden sowohl Baustoffe als auch Bauteile in Klassen unterteilt? Wie werden diese beiden Klassen genannt? Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 3
1.5. Raumabschluss (4 Punkt) An der brandabgekehrten Seite einer mit Gipskartonplatten bekleideten, raumabschließenden Metallständerwand wird bei einer Normbranduntersuchung nach 75 Minuten eine mittlere Oberflächentemperatur von 140 K über dem Ausgangszustand gemessen. Wie kann die Wand brandschutztechnisch maximal klassifiziert werden? Begründen Sie ihre Antwort und nennen Sie mindestens zwei weitere Kriterien, die für die Klassifizierung eingehalten werden müssen. 1.6. Feuerwiderstand von Holzkonstruktionen (6 Punkte) Eine vor einer Stahlbetonwand platzierte Eichenholzstütze mit den Abmessungen von 20cm/20cm wird im Brandfall wie unten skizziert dreiseitig beansprucht. Statisch erforderlich sind mindestens 65% der Querschnittsfläche. Kann die Anforderung im Brandfall über einen Zeitraum von 60 Minuten eingehalten werden? Angaben: Abbrandgeschwindigkeit von Eichenholz: 0,4 mm/min Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 4
1.7. Brandschutzbekleidungen (7 Punkt) Eine 3-seitig brandbeanspruchte Stahlstütze soll aus brandschutztechnischen Gründen kastenförmig mit Gipskartonplatten bekleidet werden. Wie dick muss das Stahlblech der Stütze sein, damit die Einstufung in eine Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102 erfolgen kann? (Bedingung: U/A <= 300m -1 ) 160 mm 200 mm Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 5
2. Aufgabe: Schallschutz 2.1. Allgemein (1 Punkte) Welcher Frequenzbereich ist für die Bauakustik relevant? 100 bis 3.150 Hz 100 bis 20.000 Hz 16 bis 8.000 Hz 2.2. Berechnung Schalldämmmaß (4 Punkte) Der Aufbau einer Außenwand mit einer Gesamtfläche von 20 m² weist ein Schalldämm-Maß von 57dB auf. In die Wand sollen Fenster eingefügt werden. Berechnen sie das Schalldämmmaß der Wand für den Einsatz von zwei verschiedenen Verglasung mit den gegebenen Schalldämmwerten. a) 3 Fenster je 1,4 m², R w, R = 30 db b) 3 Fenster je 1,4 m², R w, R = 36 db 2.3. Luftschalldämmung (2 Punkte) Der vereinfachte Nachweis für die Luftschalldämmung von Gebäuden in Skelettbauart gilt als erfüllt, wenn Der R w,r -Wert des trennenden Bauteils ohne Berücksichtigung der flankierenden Bauteile um 5 db über dem geforderten R w,r -Wert liegt. Der R w,r -Wert des trennenden Bauteils und die R L,w,R -Werte der flankierenden Bauteile alle um 5 db über dem geforderten R w,r -Wert liegen. Der Mittelwert aus R w,r -Wert und R L,w,R -Werten um 5 db über dem geforderten R w,r -Wert liegt. Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 6
2.4. Nachhallzeit (7 Punkte) a) Berechnen Sie die Nachhallzeit für den nachfolgend beschriebenen Raum. b) Wie hoch muss die äquivalente Schallabsorptionsfläche sein, um eine Nachhallzeit von 0,7 Sekunden zu erreichen? Angaben: Grundfläche: 6,0 m x 4,5 m Umfang: Höhe: 21,0 m 2,9 m Oberflächen: Decke: Gipskartondecke: α s = 0,04 Boden: PVC: α s = 0,03 Wände: Mauerwerk: α s = 0,02 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 7
2.5. Schalldämmung in Massivbauten (16 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: - 200 mm Kalksandstein der Rohdichte 1800 kg/m³ - Normalmörtel - Beidseitig 15 mm Gipsputz Flankierende Wand (Innenwand): - 120 mm Kalksandstein der Rohdichte 1600 kg/m³ - Normalmörtel - Beidseitig 10 mm Gipsputz Flankierende Wand (Außenwand): - 200 mm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³ - Innenseitig 10 mm Gipsputz Obere Decke: - 200 mm Stahlbeton der Rohdichte 2500 kg/m³ - Deckenunterseite gestrichen Untere Decke: - 200 mm Stahlbeton der Rohdichte 2300 kg/m³ - Schwimmender Estrich, durch Trennwandanschluss konstruktiv getrennt. Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 8
Tabelle 3: Wandrohdichte in Abhängigkeit von Steinen und Mörtel Tabelle 1: Bewertetes Schalldämmaß R w,r von einschaligen, biegesteifen Wänden und Decken (Rechenwerte) Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 9
Tabelle 13: Korrekturwerte K L,1 für das bewertete Schalldämm-Maß R w,r von biegesteifen Wänden und Decken als trennende Bauteile Tabelle 4: Flächenbezogene Masse von Wandputz Tabelle 15: Korrekturwerte K L,2 für das bewertete Schalldämm-Maß R w,r trennender Bauteile mit biegeweicher Vorsatzschale oder aus biegeweichen Schalen Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 10
3. Aufgabe: Wärmeschutz 3.1. Allgemeine Fragen 2 Punkt Eine 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung hat gegenüber einer herkömmlichen 2-Scheiben- Verglasung... geringere solare Wärmegewinne höhere interne Wärmegewinne geringere Transmissionswärmeverluste höhere Innenoberflächentemperaturen im Winter 3.2. Temperaturberechnung 5 Punkte Berechnen Sie die innere Oberflächentemperatur der folgenden Außenwandaufbauten unter den genannten Randbedingungen. (2 Punkte) Lufttemperatur Innen: Ө i =20 C Relative Luftfeuchte Innen: φ i = 55 % Lufttemperatur Außen: Ө a =-5 C Innerer Wärmeübergangswiderstand: R si = 0,13 m²k/w Wandaufbau 1: U=2,1 W/(m²K) Wandaufbau 2: U=0,15 W/(m²K) Berechnen Sie für beide Wandaufbauten die relative Luftfeuchtigkeit an der Innenoberfläche! Verwenden Sie die Tabelle auf der letzten Seite. (3 Punkte) Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 11
3.3. Wärmebrücken 6 Punkte Benennen Sie die beiden dargestellten Typen von Wärmebrücken und vervollständigen Sie den Verlauf der Isothermen (Linien gleicher Temperatur). Nennen sie außerdem mindestens 2 negative Auswirkungen, die durch Wärmebrücken entstehen! Typ 1-9 C -4 C 1 C 6 C 11 C 16 C -9-4 1 6 11 16 [ C] Typ 2-9 -4 1 6 11 16 [ C] -9-4 1 6 11 16 [ C] Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 12
3.4. U-Wert-Berechnung (13 Punkte) Für eine Außenwand in Holzrahmenbauweise soll der Wärmedurchgangskoeffizient ermittelt werden. Die Holzständer haben eine Breite von 6 cm und weisen einen Achsabstand von 62,5 cm auf. Berechnen Sie den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Wand nach dem vereinfachten Verfahren. Runden sie bei allen Rechnungen auf drei Nachkommastellen! Wandaufbau von außen nach innen: Schicht Baustoff d [mm] [W/mK] 1 Kalkzementputz 20 1,4 2 Holzweichfaserplatte 60 0,045 3a Dämmung 200 0,04 3b Holzständer 200 0,13 4 OSB-Platte 22 0,13 Wärmeübergangswiderstände: außen R si = 0,13 m²k/w R se = 0,04 m²k/w 1 2 3 Innen 4 Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 13
3.5. Wärmeverlust 8 Punkte Berechnen Sie den Wärmeverlust einer 100 m² großen Außenwand (U=1,6 W/m²K) eines Wohngebäudes im Verlauf eines Winters. Welche Heizkosten entstehen, wenn eine kwh Heizwärme 0,1 /kwh kostet. Wie verändern sich der Wärmeverlust und die Heizkosten, wenn der U-Wert der Außenwand durch das Anbringen einer Dämmung auf 0,20 W/m²K reduziert wird. Außenwandfläche: A=100 m² U alt =1,6 W/m²K U neu =0,20 W/m²K Dauer der Heizperiode: 150 Tage Mittlere Innentemperatur während der Heizperiode: 20 C Mittlere Außentemperatur während der Heizperiode: 5 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 14
4. Aufgabe: Feuchteschutz 4.1. Konstruktionsdetail (3 Punkte) Gegeben ist ein Anschlusspunkt eines Sparrens in einem Dachaufbau. Begründen Sie, ob die dargestellte Konstruktion im Hinblick auf den Feuchteschutz als funktionstüchtig angesehen werden kann oder ob ein Schaden vorhersehbar ist. 4.2. Verständnis (2 Punkte) Auf der inneren Oberfläche einer Außenwand fällt Tauwasser aus. Durch welche geeigneten Maßnahmen kann dies verhindert werden? Aufbringen eines Innenputzes mit erhöhtem Diffusionswiderstand Dampfbremse auf der Innenseite Anbringen einer außenseitigen, zusätzlichen Wärmedämmung Kippfenster für Dauerlüftung einrichten Innenseitiger Anstrich mit wasserdampfbremsender Farbe 4.3. Verständnis (2 Punkte) Der Wasserdampf-Diffusionsstrom tritt stets auf in Richtung von Bereichen mit hoher relativer Luftfeuchte zu Bereichen mit niedriger relativer Luftfeuchte von Bereichen mit hoher Temperatur zu Bereichen mit geringerer Temperatur von Bereichen mit hohem Wasserdampfpartialdruck zu Bereichen mit niedrigerem Wasserdampfpartialdruck Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 15
4.4. Glaserverfahren (25 Punkte) Gegeben ist eine Außenwand in Holzständerbauweise. Überprüfen Sie anhand des Glaser-Verfahrens für den dargestellten Gefachbereich der Außenwand, ob in der Konstruktion Tauwasser ausfällt. Bauteilaufbau von Innen nach Außen: Material Dicke d Wasserdampf- Wärmedurchlass- in mm diffusions- widerstand in widerstandszahl m²k/w μ Wärmeübergans- 0,130 widerstand innen 1. OSB-Platte 24 200 0,185 2. Steinwolle 160 1 4,000 3. Holzwerkstoffplatte 18 100 0,140 4. Holzfaserdämmplatte 60 5 1,500 5. Kalkzementputz 20 35 0,030 Wärmeüberganswiderstand außen 0,04 1 2 3 4 5 Wärmedurchgangswiderstand: R T = Wärmedurchgangskoeffizient: U= Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 16
Klimatische Randbedingungen in der Tauperiode: Innen: i = 20 C; φ i = 50% Außen: e = -10 C; φ e = 80% Temperaturverlauf durch das Bauteil Temperatur in C Sättigungdruck p in Pa i = 20,0 C si = 1/2 = 2/3 = 3/4 = 4/5 = se = e = -10,0 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 17
Klimatische Randbedingungen in der Tauperiode: Innen: i = 20 C; φ i = 50% Außen: e = -10 C; φ e = 80% Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 18
Wasserdampfsättigungsdruck im Temperaturbereich von 30,9 C bis -10,9 C Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerksentwicklung Klausur Bauphysik 04.09.2012 19