Labor Bauphysik
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Nach einem kurzen historischen Abriss der Entwicklung der Gebäudesimulation wird die aktuell übliche gleichungsbasierte Kompaktmodell-Simulation beschrieben und deren praktische Anwendung aufgezeigt. Dabei wird auf die Bedeutung der Validierung von Simulationstools und auf etablierte Validierungsstandards eingegangen. Gebäudesimulation dient der Optimierung des Bauens in allen Planungsphasen. Mit Praxisbeispielen vom sommerlichen Wärmeschutz bis hin zur Modellierung innovativer Konstruktionen werden unterschiedliche Einsatzbereiche demonstriert. Im zweiten Teil wird die Verwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM) für die bauphysikalische Modellierung vorgestellt. Anhand von Beispielen zeigen wir, dass die (rechenzeitintensive) FEM aufgrund einer detaillierteren Modellierung von Geometrie, Strahlung und Konvektion präzisere Simulationsergebnisse liefert. Zum Abschluss werden Wege vorgeschlagen, wie dies zur Erweiterung der schnelleren Kompaktmodell-Simulation eingesetzt werden kann.
Porous sound absorbers can be described by the isotropic Biot model, and its fluid phase can be represented by the Champoux-Allard model. To apply these models to a given absorber material, the five acoustical and the four mechanical material parameters must be known. The direct measurement of these parameters is complex and requires cost-intensive measurement equipment. Current inverse methods to obtain these material parameters solve an optimization problem, trying to fit the absorption or impedance curve of the material model to the impedance tube measurement data. Solving this optimization problem, i.e. finding the global minimum, is not guaranteed in an acceptable amount of time, as the optimization problem possesses a multitude of local minima. This work proposes an alternative, data driven approach using artificial neural networks to obtain the material parameters necessary for the characterization of open porous materials. The approach only requires the results of standard impedance tube measurements. The characterization of rigid- and elastic frame materials has been investigated. The datasets were generated using the rigid and elastic frame models for porous absorbers. The approach shows good results for impedance curves generated by the analytical models, the validation with real-world impedance tube measurement data is currently under investigation.
The determination of the diffuse field sound absorption coefficient is carried out in reverberation chambers that comply with the requirements of the corresponding standard, ISO 354. No such chamber exists at OTH Regensburg University of Applied Sciences, but a new wall transmission suite according to ISO 10140 is available. This student project investigates the possibility of using the wall transmission suite to measure absorption coefficients for teaching and research purposes.To assess the suitability of the room, the diffusivity was evaluated using the standard deviation of both the reverberation times and the equivalent continuous sound pressure levels at multiple positions within the room. These results, along with a comparison with expected values for a diffuse sound field, guided the design of reflector panels to introduce diffuse reflections. The implementation features acrylic (PMMA) as the primary material in combination with dense viscoelastic damping sheets, resulting in a low vibration solution. Suspended from the ceiling of the chamber, these improved the diffusivity of the sound field, making the room suitable for absorption measurements across a broad frequency range.
Annex B of ISO 12354-1:2017 describes a procedure for the calculation of the frequency-dependent sound reduction index of homogeneous building elements such as concrete floors or masonry walls. With the introduction of EN 12354-5:2023 and an upcoming change in DIN 4109-2 regarding the calculation of sound levels due to service equipment, it is anticipated that the practical relevance and usage of Annex B will increase in the future. For this reason, the procedure has recently been investigated by an informal working group of academics from several German universities. It was found that Annex B contains some errors, missing references, and ambiguities in the calculation procedure. Based on these discussions, some changes were proposed to the committee responsible for the standard (CEN/TC 126/WG 2). While the general calculation procedure was left unchanged, the proposed changes focus on the influence of shear deformation, the radiation factor for free waves, a moving average function to limit the variability in the coincidence region, and the calculation examples provided in the annex. This contribution provides an overview of the procedure, presents some background information on the underlying theory, and discusses the proposed changes.
EN 12354-5:2023 describes a calculation procedure to predict the sound pressure levels from building service equipment. The procedure uses the blocked force of the source as input data. This quantity can be determined using the reception plate method according to EN 15657:2017. The methods have been developed and validated for stationary excitation signals (Leq). Real structure-borne sound sources often have time-varying excitation signals. In addition, the requirements for sound insulation against noise from building service equipment in Germany (DIN 4109) are given in terms of the maximum, time-weighted sound pressure level (LFmax). This contribution investigates the suitability of the methods described in EN 12354-5 and EN 15657 for structure-borne sound sources with transient excitation signals. A measurement series with time signals ranging from stationary to highly transient was conducted in a building-like laboratory. The reverberation time of the receiving room was adjusted to three different values. The calculations were processed using Leq values, LFmax values and short-time Leq values. The results show the uncertainties that can arise in the prediction of signals with varying transient characteristics compared to stationary excitation signals.
Im Projekt MAGGIE wurden für das genossenschaftliche historische Stadtquartier „Margaretenau“ in Regensburg Musterlösungen für energieoptimiertes Wohnen mit innovativen Wandaufbauten aus solaraktiven Baukonstruktionen und einer vorhersagebasierten Versorgungstechnologie erforscht.
Dazu wurde ein bestehendes Wohngebäude als Demonstrations- und Versuchsobjekt mit einem neuartigen, besonders effizienten Hybridsystem aus Wärmepumpentechnologie und Kraft- Wärme-Kopplung ausgestattet und untersucht, ergänzt durch eine dynamische Wärmelogistik zur Verringerung von Verteilungsverlusten.
Das System wurde durch ein neu entwickeltes, allgemein einsetzbares Planungs-, Optimierungs- und Steuerungstool ausgelegt und im Betrieb geregelt. Die in Echtzeit laufende Nachoptimierung des Systems während des Betriebs greift dabei auf reale Monitoringdaten zu. Die Einbindung von Nutzerbedarfsprofilen, Strombörse und Wetterdaten in die Steuerung gestattet einen dynamischen und perspektivischen Anlagenbetrieb zur Maximierung der Solar- und Umweltwärme-Anteile der Energieversorgung und leistet damit einen wirksamen Beitrag zu einem emissionsarmen, klimafreundlichen Gebäudebetrieb.
Für die denkmalgerechte Modernisierung der historischen Fassaden wurde ein solaraktives und solaradaptives Außenputzsystem entwickelt und in der Realität getestet. Am Bestandsgebäude kam anstelle eines Wärmedämmverbundsystems ein innovativer Dämmputz mit Mikrohohlglaskugeln zum Einsatz.
Die Skalierbarkeit erlaubt eine abschnittsweise Modernisierung des gesamten Ensembles über mehrere Jahre. Durch die hohe Energieeffizienz wird die Warmmiete für die Bewohner der genossenschaftlichen Siedlung durch die Modernisierungsmaßnahmen nicht erhöht, so dass auch nach der Modernisierung ein bezahlbares Wohnen sichergestellt wird.
The vernier or nonius (in other languages) goes back to a measuring tool used in navigation and astronomy named after its inventor Pedro Nunes (1502–1578; Latin: Petrus Nonius), a Portuguese mathematician and navigator. The nonius was created in 1542 to take finer measurements on circular instruments such as the astrolabe. In 1631 the French mathematician Pierre Vernier (1580–1637) adapted and simplified the system which was later denoted “vernier”.
We present a method to construct a vernier-like scale for logarithmic scales (as used for typical slide rules), which results in variable tick spacings. The idea is to put the non-linear scale on a spiral. The method can be applied to any non-linear scale, not only logarithmic scales.
Dokumentation, Vorbereitungen und
Ergebnisse der zweijährigen Messperiode vom 01.11.2014 bis 31.10.2016
Ausgehend von Konzeption und Planungsdaten für das Effizienzhaus Plus der Firma Karl Bachl GmbH & Co. KG in Deggendorf‐Natternberg berichten wir über die Ergebnisse des energetischen Monitorings über den Zeitraum von zwei Messjahren vom 01.11.2014 bis 31.10.2016. Die OTH Regensburg wurde mit der wissenschaftlichen Begleitforschung dieses Modellprojekts im Rahmen des Zukunft‐Bau‐Netzwerks Effizienzhaus Plus1 beauftragt.
Das Gebäude wird vorwiegend solarthermisch beheizt, ergänzt durch eine elektrische Nachheizung. Neben Solarkollektoren befinden sich auch PV‐Module auf dem Dach, deren Erträge den Jahresstrombedarf bilan‐ ziell decken. Durch Einsatz eines Batteriespeichers kann der Anteil des selbst genutzten PV‐Stroms erhöht werden.
Die Gesamtbilanz des ersten Jahres zeigt, dass das Gebäude primär‐ und endenergetisch die Anforderungen an den Effizienzhaus Plus Standard erfüllt.
Wir stellen die Energieflüsse, Gewinne und Verbräuche, sowie die Wirkungsgrade, den solaren und elektrischen Deckungsgrad und den Autarkiegrad des Gebäudes im Detail vor und diskutieren den Einfluss des elektrischen Batteriespeichers sowie der thermischen Verluste aus dem Pufferspeicher.
Verbesserungspotentiale werden in der Beseitigung von haustechnischen Fehlfunktionen und in einer stärkeren Dämmung des Pufferspeichers gesehen. Dieser ist zudem für den beabsichtigten Zweck nach den Erkenntnissen aus den empirischen Messungen zu groß dimensioniert, wodurch sich für künftige Projekte ein Einsparungspotential ergibt.
Mankind has always been confronted with limited knowledge about Nature and many people devoted their lives and intellects to the very question: How to gain knowledge, confirm ideas and theories, and understand the world we live in? Religion was one fundamental base for explanations and existential questions. Philosophy and Science were the other. Nowadays, science and technology dominate our daily lives, religion and metaphysics have lost their former dominance, while our thoughts and factual knowledge are increasingly governed by the digitised versions of conversation and discussion, filtered and guided by the algorithms of social networks. Today, "artificial intelligence" is a phenomenon in information technology which takes over everyday routines. A new ideal, a new promise, and at the same time used as a stratagem by political and economic systems to guide and manipulate our thinking, values, and behaviour. But nothing is so new that one could not find its precursors in earlier times. Science and mathematics has kindled many brilliant ideas. Can we describe the world by numbers, find truth and explanation in mathematical structures? This essay is devoted to early ideas by the medieval philosopher Ramón Llull, the great rationalist G.W. Leibniz, and early approaches to combinations, number theory. and information processing. Llull's thinking machine and subsequent endeavours to find methods of mechanical reasoning and inference paved the way to modern-day concepts of artificial intelligence.
Essays on the Media Revolution in the 19th Century, when sound recording, film and typewriter changed the way of communication, literature, and arts; on the societal impact and role models that came along with the invention and success of the typewriting machine; on early mathematical and mechanistic ways of reasoning the medieval philosopher Ramón Llull, Leibniz's idea of binary numbers and the advent of artificial intelligence.