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In der Diskussion um bezahlbares Bauen werden aktuell die Standards im Wohnungsbau hinterfragt, darunter auch die Schallschutzanforderungen. Die Wahrnehmung von Schallschutz ist subjektiv und wird von verschiedenen Faktoren wie Alter und individuellen Empfindlichkeiten beeinflusst. Nachbarschaftslärm kann zu Schlafstörungen und Belästigungen führen, während Verkehrslärm nachweislich Gesundheitsprobleme verursacht. Das Konzept „Einfach Bauen“ zielt darauf ab, das Bauen zu vereinfachen und nachhaltiger zu gestalten. Drei Forschungshäuser, die diesem Konzept folgen, wurden auf Schallschutz überprüft. Dabei erfüllten Wohnungstrennwände und -decken die Anforderungen. Die Untersuchung der Bewohnerzufriedenheit durch Befragungen in diesen Häusern zeigt, dass die Wahrnehmung von Lärm stark variiert. Die Zufriedenheit wird durch die Kommunikation mit den Nachbarn beeinflusst. Das Fallbeispiel verdeutlicht, dass Schallschutzanforderungen oft nicht den individuellen Lärmempfinden gerecht werden, da nicht-akustische Faktoren eine starke Rolle spielen. Die Erwartung eines reduzierten Schallschutzes bei „Einfach Bauen“ kann zu Fehlvorstellungen führen, wie der Auszug von Bewohnern aus Schallschutzgründen zeigt. Die derzeitigen Mindestanforderungen an den Schallschutz erweisen sich für sehr empfindsame Menschen als unzureichend. Es ist wichtig, dass die Bewohner über den zu erwartenden Schallschutz informiert werden, um ein harmonisches Zusammenleben zu ermöglichen.
Das Force Concept Inventory ist ein international etabliertes Diagnoseinstrument für das Konzeptverständnis der Newtonschen Mechanik. Wir haben über einen Zeitraum von zehn Jahren von knapp 5000 Studierenden der Ingenieurwissenschaften an der TH Rosenheim zu Studienbeginn Testdaten erhoben. Die Auswertung mittels Item Response Curves erlaubt für jede Frage die Analyse sowohl der richtigen als auch aller falschen Antwortoptionen. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Distraktoren identifizieren, die gängige Fehlvorstellungen widerspiegeln. Es zeigt sich, dass die am häufigsten gewählten Distraktoren auf der Annahme beruhen, jeder Bewegung müsse eine Kraft in Bewegungsrichtung zu Grunde liegen. Daten von Universitäten der USA zeigen ein vergleichbares Ergebnis. Die vorgestellte Analyse dient als Grundlage zur Verbesserung von Lehrsequenzen.
Ideenwerkstatt: KI in der Hochschullehre - Persona-Konzept mit bildgebender KI in der Vorlesung
(2024)
Beitrag zur Ideenwerkstatt Hochschullehre der Virtuellen Hochschule Bayern (VHB) zum Themenkomplex "KI in der Hochschullehre". Gegenstan des Beitrages ist die Verwendung bildgebender KI im unmittelbaren Unterrichtsgeschehen in dem ein Persona-Konzept (Design-Thinking) durch ein KI-generiertes Porträt persönlicher und wirksamer wird. Die Veranstaltung fand am 29.02.2024 online im Rahmen des bundesweiten Projekts "Konzertierte Weiterbildungen zu künstlicher Intelligenz in der Hochschullehre" des Netzwerks Landeseinrichtungen für digitale Hochschullehre (NeL) statt und wurde von der Stiftung Innovation in der Hochschullehre gefördert. Das Video kann auch auf Youtube abgerufen werden: https://youtu.be/JCaUWryiEjs
Unter dem Titel „Gamification trifft Hybride Lehre“ wurde im Sommersemester 2023 ein Lehrprojekt im Fach Statistik des Studiengangs Wirtschaftsmathematik-Aktuarwissenschaften der Technischen Hochschule Rosenheim durchgeführt. Unterschiedliche hybrid-synchrone Lernsettings wurden in einem technisch entsprechend ausgestatteten Lehr-Experimentierraum mit den Studierenden erprobt. Als Ansatz zur Vor- und Nachbereitung der hybriden Lehre kam Gamification bzw. Gameful Motivation zum Einsatz.
Im Lehrprojektteam mit Stefanie Neumaier wurde die hybride Lehre mittels der sog. EMPAMOS-Methode vorbereitet und reflektiert. Dabei ging es nicht darum, den spielfremden Kontext (die hybride Lehre) in ein Spiel zu verwandeln, sondern Spielelemente zur Zielerreichung einzusetzen. Die Auseinandersetzung mit hybriden Formaten wird dabei für Studierende und Lehrende als ein Zukunftsthema gesehen, nicht zuletzt für den Erwerb von Future Skills in einer Arbeitswelt, in der sich hybride Kollaboration etabliert.
The applications for occupancy detection range from controlling building automation and systems, determining heat transfer coefficients and even assessing the risk of infection in rooms. Studies in the literature use various statistical models, physical models and machine learning techniques to detect occupancy. All these methods require data for training the occupancy detection models. However, data generation is time-consuming and expensive. This study demonstrates the feasibility of using simulated learning data. Using three different data sources, we tested the suitability of different methods for generating learning data. We conducted two experiments in two office spaces with a real user and an artificial user, and we generated a third data set using a building simulation model. In addition, this study compares two different machine learning approaches (Random Forest and LASSO) using environmental parameters. Both machine learning approaches could develop models with a sensitivity of at least 83 % and a specificity of at least 97 % with both training data sets. This work shows that it is possible to determine the presence in rooms using simulated data. The results compared to measured data were just slightly less accurate, and the added value due to the lower effort was considerable
To detect degradation of photovoltaic systems at an early stage, precise performance determinations are essential. Current-voltage measurements on single modules in indoor labs under well-defined conditions are state-of-the-art. However, this method causes a logistical and economic effort. On-site measurements reduce the effort but are prone to error because of poorly determinable test conditions: The detected temperature on the backside of modules as well as the irradiance detected by pyranometer in tilted module plane usually differs from the actual operating conditions. In consequence, the accuracy of measured current-voltage characteristics is poor. A precise on-site power determination is achieved by a self-reference algorithm. Improvements by self-referencing are not achieved by correcting the raw electrical data, but by replacing the measured test conditions (temperature and irradiance) with effective data. These effective values correspond better to the actual module irradiance and temperature values. Furthermore, precise power determination of photovoltaic arrays requires to identify and exclude emporarily deformed current-voltage curves from consideration, as it can arise from non-uniform irradiation within array like shading. In this paper, the application of a digital curve filter is reported and performance determinations by a self-reference algorithm are demonstrated on a photovoltaic array. We review and discuss the measurement concept in terms of its ease of use.
…
Varying thermal stresses influence significantly the time to failure of electric components as used, for instance, in automotive devices. For applications as autonomous driving a high reliability has to be guaranteed.
In this article we discuss how to combine probability distributions for failure. Discrete and continuous changes of the probability distribution in time are both considered. It turns out that the temporal order of the distributions, corresponding to the succession of stresses in applications, is essential.
The latter observation restricts the general applicability of the widely used temperature collectives where only the total time of a temperature stress is considered neglecting the order of the stresses.
An application of our results are thermal overstress tests on electric components. We may explain yet not well understood measurements for automotive electric cables.
Neue Erkenntnisse aus der Lehr- und Lernforschung und die Möglichkeiten der Digitalisierung bringen neue und spannende Anregungen für die Lehre. In den vergangenen Semestern mussten pandemiebedingt plötzlich ganze Lehrveranstaltungen in ein digitales Format überführt werden. Hinzu kamen sowohl technische als auch didaktische Herausforderungen.
Solche Veränderungen auf einmal umzusetzen, kostet viel Zeit und Energie und ist häufig nicht möglich. Einfacher ist es, in kleinen Schritten eine Lehrveranstaltung zu verändern und so den Lernerfolg der Studierenden zu steigern. Dies kann mithilfe von wenigen Elementen mit teilweise nur geringem Aufwand erreicht werden.
In diesem Beitrag beschreibt der Autor mehrere dieser Elemente, die zum Gelingen einer Lehrveranstaltung beitragen können und die er in den vergangenen Semestern in seinen Lehrveranstaltungen zur Physik für Ingenieure erfolgreich umgesetzt hat.
Just-in-Time-Teaching ist eine Lehrmethode, bei der ein
Teil des Wissenserwerbs in Vorbereitung einer Lehrveranstaltung
vorausgeht. Online-Tests offenbaren hierbei
den aktuellen Lernstand und regen die kritische Auseinandersetzung
mit Fachthemen und dem eigenen Studierverhalten
an. Die Ergebnisse dieser Tests erlauben
es, den Unterricht auf die Bedürfnisse der Studierenden
dynamisch anzupassen und zeitliche Freiräume für weitere
aktivierende Lehrmethoden zu eröffnen.
Passivhaus und regenerative Energiequellen als Lösungsansatz für den klimaneutralen Gebäudebestand
(2022)
Deutschland soll bis 2045 klimaneutrak werden. Dazu ist auch ein klimaneutraler Gebäudebestand nötig. Der Artikel zeigt die Anforderungen an Gebäude im Kontext des zukünftigen Energiesystems und beleuchtet die Notwendigkeit einer Reduktion der Heizlasten, um die Kosten für Energiespeicher gering zu halten.
Die DIN 1946 Teil 6: Lüftung von Wohnungen wurde 2019 novelliert. Konnte nach der bisherigen Norm für eine Nutzungseinheit nur eine Art von Lüftungssystem verwendet werden, ist in der Neuauflage nun auch die Kombination unterschiedlicher Lüftungssysteme in einer Nutzungseinheit zulässig. Bisher stehen hierfür allerding keine Auslegungsgrundlagen zur Verfügung. Die einzelnen Lüftungssysteme können nach Norm ausgelegt werden, jedoch werden hierbei nicht die Wechselwirkungen zwischen den Systemen berücksichtigt.
Solche Auslegungsgrundlagen wurden im vorliegenden Forschungsprojekt erarbeitet. Da die Effektivität und die Akzeptanz von Wohnungslüftungssystemen von vielen Faktoren abhängig sind, wurden neben den lüftungstechnischen Leistungskriterien, wie Luftqualität und Lüftungswärmeverluste, auch noch weitere Aspekte betrachtet. Für die Bewertung der Lüftungskonzepte wurde sowohl eine Analyse der Gesamtkosten für einen Zeitraum von 30 Jahren als auch eine Bewertung der thermischen Behaglichkeit durchgeführt. In einer Nutzerakzeptanzstudie wurden die Akzeptanz der Nutzer von unterschiedlichen Lüftungssystem, als auch das allgemein verfügbare Wissen über Wohnungslüftung ermittelt.
Für die Untersuchung der Lüftungseigenschaften und der Wechselwirkungen der unterschiedlichen Lüftungssysteme untereinander wurden sowohl ein Multizonen-, als auch ein zonales Simulationsmodell mithilfe von Messergebnissen validiert. Diese Messungen wurden in der Forschungswohnung an der Technischen Hochschule Rosenheim durchgeführt. Mit den Simulationsmodellen wurde mit einer Jahressimulation das Verhalten der Lüftungssysteme für drei verschiedene Grundrisse ermittelt und mit zuvor festgelegten Kriterien das Lüftungsverhalten bzgl. Luftqualität und Energieeffizient bewertet. Es konnten so Dimensionierungsempfehlungen für überlagerte Lüftungskonzepte erarbeitet werden. Zusätzlich wurden die in Deutschland üblicherweise verwendeten Lüftungskonzepte anhand von weiteren Kriterien bewertet.
We report from an ongoing process to develop a thermal conceptual assessment that covers the essential concepts of first-year thermodynamics to be administered to engineering students. The goal is to develop a measurement instrument in order to investigate students’ pre-knowledge as well as the influence of teaching and learning settings. The assessment builds on known misconceptions and concept questions described in the literature. The original items have been modified significantly in the current version 3 of the test in order to create single-choice questions with four distracters each that address frequent misconceptions from student answers in a systematic way. The working process to create these distracters is described exemplarily.
This thesis investigates the measurement and prediction of machinery noise in timber-frame buildings. To quantify the structure-borne sound power input from multi-point sources, simplified approaches were assessed that reduce the required data for out-of-plane force excitation. This identified approaches that give estimates within ±5 dB from 20 Hz to 2000 Hz. To investigative the importance of out-of-plane moment excitation, inverse methods were used to determine the power input; these were affected by noise but processing was used to overcome this shortcoming. A series of experimental investigations were carried out on a timber-frame structure undergoing mechanical point excitation. The driving-point mobility showed orthotropic plate characteristics at low frequencies, ribbed-plate characteristics in a narrow frequency band and infinite plate characteristics in mid- and high-frequency ranges. The moment mobility above or in-between studs was similar to infinite beam or plate theory with interpolation between these theories where necessary. The experimental work indicated the potential to use Statistical Energy Analysis (SEA) to predict sound transmission. The first experimental finding was that above the mass-spring-mass resonance frequency, the vibrational response of the wall leaves was uncorrelated. The second was a significant decrease in vibration across the wall from the excitation point, with structural intensity showing a decrease in net power flow across successive timber studs. The third was that tongue and groove connections between chipboard sheets significantly reduce the vibration transmission above 500 Hz. This led to different SEA models being used to model a timber-frame wall undergoing mechanical point excitation. A 41-subsystem model was found to be necessary to reproduce the measured vibration levels on both leaves within 10 dB. As there is a significant decrease in vibration with distance in the mid- and high-frequency range, the region close to the excitation point is particularly important and the SEA model has better accuracy in this region. An alternative engineering approach to the prediction of machinery noise in timber-frame buildings was introduced and validated that used measured transmission functions between the injected power and the spatial-average sound pressure level in a receiving room. A field survey and case studies indicate this is a feasible and practical approach.
Building Energy Simulation (BES) tools play a key role in the optimization of the building system during the different phases, from pre-design through commissioning to operation. BES tools are increasingly used in research as well as in companies. New BES tools and updated versions are continuously being released. Each tool follows an independent validation process but rarely all the tools are compared against each other using a common case study. In this work, the modelling approaches of widespread dynamic simulation tools (i.e. EnergyPlus, TRNSYS, Simulink libraries CarnotUIBK and ALMABuild, IDA ICE, Modelica/Dymola and DALEC), as well as PHPP (a well-known quasi-steady-state tool), are described and the results of all the tools modelling the same characteristic office cell, defined within the IEA SHC Task 56, are compared on a monthly and hourly basis for the climates of Stockholm, Stuttgart and Rome. Unfortunately, different tools require different levels of input detail, which are often not matching with available data, hence the parametrization process highly influences the quality of the simulation results. In the current study to evaluate the deviation between the tools, frequently used statistical indices and normalization methods are analysed and the problems related to their application, in a cross-comparison of different tools, are investigated. In this regard, the deviation thresholds indicated by ASHRAE Guideline 14-2014 are used as a basis to identify results that suggest an acceptable level of disagreement between the predictions of a particular model and the outcomes of all models. The process of reaching a good agreement between all tools required several iterations and great effort on behalf of the modellers. To aid the definition of building component descriptions and future references for inter-model comparison a short history of the executed steps is presented in this work. Together with the comparison of the results of the tools, their computational cost is evaluated and an overview of the modelling approaches supported by the different tools for this case study is provided aiming to support the users in choosing a fit-for-purpose simulation tool.
Correlations between standardised and real impact sound sources in lightweight wooden structures
(2021)
This study aimed to understand the correlation between standard impact sound sources and real impact sources in lightweight floor structures. Six real impact sources (adult walking, child running, child jumping on the floor, and three objects falling) were used to be compared with standard impact sources (i.e. tapping machine and impact ball). Measurements were conducted on a lightweight timber joist floor. Impact sound pressure levels (SPLs) produced by the standard impact sources were measured on the four floor structures with or without carpet tiles. For the real impact sources, two walkers wearing socks and slippers walked at different speeds (normal and fast) along three paths, while two children ran along the three paths and jumped at four positions. Also, the SPLs generated by dropped objects were measured at five positions. Seven standardised single-number quantities (SNQs) were calculated for the tapping machine and the impact ball, while three noise ratings (LAeq, LAFmax, and LN) were also computed from the sound recordings of the real impact sources. Both the tapping machine and the impact ball showed similar frequency characteristics with the real impact sources across all the floor structures. All the SNQs for the tapping machine and the impact ball were highly correlated with the energy-based noise ratings of the adult walking and little differences were found across walking speeds and footwear. Similar tendencies were observed from other real impact sources, indicating the high correlations between the standardised SNQs of the tapping machine and the impact ball and the noise ratings.
An der TH Rosenheim sind die Lehrenden der Physikgrundlagen für alle technischen Studiengänge in einer Fakultät beheimatet. Das erleichtert und befördert den Austausch nicht nur fachlicher Themen sondern auch didaktischer Fragestellungen. Das zunehmend heterogene Vorwissen der Studierenden sowie die Unzufriedenheit mit studentischen Prüfungsleistungen und eher passiver Unterrichtsbeteiligung gaben den Ausschlag, die Didaktik in den Blick zu nehmen um die Wirksamkeit der Lehre zu erhöhen. Das „Scholarship of Teaching and Learning“ gibt Auskunft darüber, ob das Ergebnis den Aufwand rechtfertigt. Der FCI-Konzepttest zeigt eindeutig die Wirksamkeit der verwendeten aktivierenden Lehrmethoden JiTT und PI. Die Prüfungsergebnisse erweisen sich nicht in gleichem Maße für eine quantitative Analyse als geeignet. Die Auswertung der Daten in Bezug auf Teilnahmeverhalten und Bestehensraten legt den Schluss nahe, dass bei Anwendung studierendenzentrierter und aktivierender Lehrmethoden signifikant mehr Studierende zu einem früheren Zeitpunkt die Klausur erfolgreich ablegen.
Der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) verschiedener teiltransparenter,
gebäudeintegrierbarer Photovoltaik-Module wurde
mit und ohne Entnahme elektrischer Leistung kalorimetrisch gemessen.
Durch die Leistungsentnahme sinkt die Oberflächentemperatur
des Moduls um bis zu 4 K. Gleichzeitig reduziert sich der
g-Wert aufgrund der geringeren sekundären Wärmeabgabe. Die
Größe der Abnahme hängt von der entnommenen Leistung ab
und stimmt sehr gut mit einem einfachen, auf dem Energiesatz
basierenden Rechenmodell überein.
We report on an investigation of student thinking about steady-state pipe flow of an incompressible fluid. About 250 undergraduate engineering students were given a test consisting of two hydrodynamics questions, combining multiple-choice format with subsequent open-ended explanations. There is substantial evidence that students have difficulty applying and prioritizing the two basic principles of mass conservation (expressed in the continuity equation) and energy conservation (i.e., Bernoulli’s equation). When faced with questions that involve gravity, dissipative effects (“friction”), or a visible pressure drop, a considerable number of students did not invoke the continuity equation in situations where applying it is a necessary step for arriving at the correct answer. Instead, even after lecture instruction on this topic, many of the first-year students based their answers on ill-supported assumptions about local pressures. Some of them used formal arguments from a simplified Bernoulli equation (“lower pressure means higher velocity”), while others based their answer on intuitive arguments (“higher pressure leads to higher velocity”). We also found reasoning based on analogies to single-particle motion (“flow velocity decreases when flowing upwards or friction is present”). Contrary to other researchers, we did not see any evidence for the hypothesis that students think of water as a compressible fluid. Instead, students’ answers often indicate a lack of understanding of the conservation of mass or its implications for incompressible fluids or of the role that this principle plays in the context of fluid flow. In addition, our data indicate that some students have more general difficulties in describing and reasoning about technical situations, such as applying equations containing multiple variables, distinguishing spatial differences in a quantity from its changes with respect to time, or realizing the meaning of idealizations. We also present some evidence that different levels of activation of students during instruction influence the prevalence of these difficulties and discuss some implications for instruction.
Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte für eine klimaverträgliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierfür die deutschen energiebedingten CO2-Emissionen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken müssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazitäten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Gebäudewärme hierzu wesentlich beitragen. Die Kernenergie ist mit großen Risiken belastet und kann nicht hinreichend schnell aufgebaut werden. Biomasse in Form von Energiepflanzen zu nutzen, ist ineffizient und steht im Konflikt mit anderen Arten der Landnutzung. Importe klimaneutral erzeugter Energieträger in sehr großem Umfang erfordern extrem große Investitionen im Ausland. Sie sind eine ungesicherte Option auf die Zukunft.
Entscheidend ist daher der ausreichend schnelle Ausbau von Photovoltaik (PV) und Windkraft in Deutschland. Schätzungsweise kann der Elektrizitätsbedarf im Jahr 2030 z. B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahezu vollständig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elektrifizierte Mobilität und Wärmeversorgung betreiben und ein Teil des benötigten „grünen“ Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierfür ist ein jährlicher Zubau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft nötig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine gesellschaftliche Kraftanstrengung. Ein weiter verzögerter Ausbau müsste mit noch deutlich größeren gesellschaftlichen Anstrengungen für drastische Energieeinsparungen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt könnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Aufbau der Kapazitäten mehrere Jahre erfordert, ist es möglich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt für Importe entwickelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegenüber der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfolgen.
Grüner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abgeleitete Syntheseprodukte sind für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie für die Absicherung der Energieversorgung bei Dunkelflauten nötig. Ohne die genannten Ausbauziele für Wind und Solar noch drastisch weiter zu erhöhen, stehen diese Produkte für Straßenverkehr und Wärmeversorgung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Techniken zum Ausgleich zwischen Elektrizitätsangebot und -nachfrage sind verfügbar und sollten rechtzeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu gehören: Stromaustausch mit den Nachbarländern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. Für deren Integration sowie den Ausbau der Netze sollten zügig verbesserte rechtliche Rahmenbedingungen geschaffen werden.
Die Kosten eines klimaverträglichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht höher als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitsplätze und Exportchancen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Gebäudesanierung. Die politischen Rahmenbedingungen entscheiden, ob eine klimaverträgliche Energieversorgung Deutschlands gelingt.
Knowing about the presence and number of people in a room can be of interest for precise control of heating, ventilation and air conditioning. To determine the number and presence of occupants cost-effectively, it is of interest to use already existing air condition sensors (temperature, humidity, CO2) of the building automation system. Different approaches and methods for determining presence have attracted attention in recent years. We propose an occupancy detection method based on a method of supervised machine learning. In an experiment, measurement data were recorded in a research apartment with controllable boundary conditions. The presence of people was simulated by artificial injection of water vapour, CO2 and heat dissipation. The variation of the number of artificial users, the duration of presence and the supply air volume flow of the ventilation resulted in a total of 720 combinations. By using artificial users, the boundary conditions were accurately defined, and different presence situations could be measured time-effectively. The data is evaluated with a method of supervised machine learning called random forest. The statistical model can determine precisely the number of people in over 93% of the cases in a disjoint test sample. The experiments took part in the Rosenheim Technical University of Applied Sciences laboratory.
The energy efficiency of the building HVAC systems can be improved when faults in the running system are known. To this day, there are no cost-efficient, automatic methods that detect faults of the building HVAC systems to a satisfactory degree. This study induces a new method for fault detection that can replace a graphical, user-subjective evaluation of a building data measured on site with an automatic, data-based approach. This method can be a step towards cost-effective monitoring. For this research, the data from a detailed simulation of a residential case study house was used to compare a faultless operation of a building with a faulty operation. We argue that one can detect faults by analysing the properties of residuals of the prediction to the actual data. A machine learning model and an ARX model predict the building operation, and the method employs various statistical tests such as the Sign Test, the Turning Point Test, the Box-Pierce Test and the Bartels-Rank Test. The results show that the amount of data, the type and density of system faults significantly affect the accuracy of the prediction of faults. It became apparent that the challenge is to find a decision rule for the best combination of statistical tests on residuals to predict a fault.
Faults in Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems affect the energy efficiency of buildings. To date, there rarely exist methods to detect and diagnose faults during the operation of buildings that are both cost-effective and sufficient accurate. This study presents a method that uses artificial intelligence to automate the detection of faults in HVAC systems. The automated fault detection is based on a residual analysis of the predicted total heating power and the actual total heating power using an algorithm that aims to find an optimal decision rule for the determination of faults. The data for this study was provided by a detailed simulation of a residential case study house. A machine learning model and an ARX model predict the building operation. The model for fault detection is trained on a fault-free data set and then tested with a faulty operation. The algorithm for an optimal decision rule uses various statistical tests of residual properties such as the Sign Test, the Turning Point Test, the Box-Pierce Test and the Bartels-Rank Test. The results show that it is possible to predict faults for both known faults and unknown faults. The challenge is to find the optimal algorithm to determine the best decision rules. In the outlook of this study, further methods are presented that aim to solve this challenge.
In the project, domestic ventilation concepts with PushPull-Fans were investigated. These ventilation units are characterized by a periodically changing supply and exhaust air operation. To ensure balanced operation, these ventilation units are always used in pairs, with one unit being in the exhaust air mode and the other in supply air mode. Measurements were made in a research apartment. The results were used to validate a CFD simulation model for transient studies. A room-by-room layout with two units in one room and a cross-room ventilation layout with two connected units in two rooms were analysed. The age of air was used as the evaluation parameter. With the room-by-room ventilation layout a lower age of air in the bedroom compared to the cross-room layout was obtained. However, in the room-by-room layout, the air flow through the larger living room with connected corridor was poorer in the rear area. With the cross-room layout, the flow through the rooms was more uniform. With the cross-room layout, the average age of air in the apartment could be slightly reduced compared to the room-by-room layout.
In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Regler für Wohnraumlüftungsanlagen untersucht. Als Bewertungsgrößen wurden die Lüftungswärmeverluste und die kumulierte Grenzwertüberschreitung für CO2 und relative Luftfeuchte verwendet. Dafür wurde in Matlab/Simulink ein Multizonen-Simulationsmodell erstellt. Untersucht wurde ein zentrales, ein dezentrales alternierendes (Pendellüftung) sowie ein nichtalternierendes (Einzelraumlüftung) Lüftungssystem. Jedes der Lüftungssysteme wurde mit konstantem Volumenstrom, einem PI- und einem Fuzzy-Regler (Ausnahme: Pendellüftung) simuliert. Gegenüber einem Lüftungssystem mit konstantem Volumenstrom, kann durch Regelung bei mindestens gleicher Luftqualität der Lüftungswärmeverlust um mindestens ein Drittel reduziert werden.
In this study, an experimental apparatus is used to excite four U-tube-shaped liquid pistons connected in series, and to study their behaviour. Some of the gas spaces are heated to induce piston oscillations; in others, gas expansion is utilised to produce a refrigeration effect. It was discovered that the liquid piston surface would become unstable and turbulent at relatively low gas charge pressures (2 bar–3 bar). Cylindrical polyethylene floats were employed at each piston surface in order to reduce the area of the free surface of each piston and allow experiments to be conducted over a wide range of operating conditions. Experiments were carried out using gas charge pressures in the range of 1 bar–6 bar. The resulting liquid piston oscillations were measured and analysed to assess the impact of any developing piston instability. Evidence of a liquid piston acceleration limit, likely resulting from the Rayleigh-Taylor instability phenomenon, is consistently observed during the experiments. The use of submerged polyethylene piston floats is found to increase the surface stability and enable maximum accelerations of 25 ms−2 to 30 ms−2.
In March 2019, German-speaking scientists and scholars calling themselves Scientists for Future, published a statement in support of the youth protesters in Germany, Austria, and Switzerland (Fridays for Future, Klimastreik/Climate Strike), verifying the scientific evidence that the youth protestors refer to. In this article, they provide the full text of the statement, including the list of supporting facts (in both English and German) as well as an analysis of the results and impacts of the statement. Furthermore, they reflect on the challenges for scientists and scholars who feel a dual responsibility: on the one hand, to remain independent and politically neutral, and, on the other hand, to inform and warn societies of the dangers that lie ahead.
The objective of this research project is to develop a solar-powered refrigerator in the lower capacity range of up to 5 kW of cooling power. With the use of liquid pistons and one of the most efficient thermodynamic cycles known, the Stirling cycle, this product has the potential to outperform rival solar cooling technologies while providing inexpensive, reliable, quiet, environmentally-friendly, and efficient solar cooling for residential use, due to its straightforward manufacturing, simple design and inert working gas. Presented in this paper are the newest results of the theoretical and experimental investigation into deducing the key design parameters and system configuration of the so-called Liquid Piston Stirling Cooler (LPSC), which will help lead to optimal performance. Computer models of the complex unconstrained system have been constructed and validated using the modelling software Sage and shown to replicate system behavior with reasonable accuracy in experiments. The models have been used to predict system improvements and identify limitations imposed by the use of liquid pistons. The results to date provide a unique insight into a relatively little studied area in Stirling cycle research.
This paper concerns the development and validation of Finite Element Methods (FEM) to simulate the dynamic response of a dowelled-joist timber floor. This is a solid floor comprised of timber joists connected using timber dowels with individual assemblies connected using inclined metal screws. The focus is on the structural dynamics in the low-frequency range up to 200 Hz which is the relevant range for impact sound insulation and vibration serviceability. Dowel connections between the joists that formed each assembly were modelled using either rigid or spring connectors in the FEM models. The validation against experimental modal analysis showed that both approaches were valid in terms of the eigenfrequencies, Modal Assurance Criterion (MAC) and the spatial-average velocity with point excitation. Whilst the FEM model with spring connectors had a higher number of correlated modes in the MAC analysis, this required removal of many spurious modes before predicting the response. The validated models were used to demonstrate the potential in predicting assessment parameters for vibration serviceability that are contained in EN 1995-1-1 (Eurocode 5). This predictive approach to the evaluation of vibration serviceability has the advantage in that it can be used for non-standard timber floors with non-standard boundary conditions or floor plans.
Background
Joint contractures in frail older people are associated with serious restrictions in participation. We developed the Participation Enabling CAre in Nursing (PECAN) intervention, a complex intervention to enable nurses to promote participation in nursing home residents with joint contractures. The aim of this study was to examine the feasibility of the implementation strategy and to identify enablers and barriers for a successful implementation.
Methods
The implementation of PECAN was investigated in a 6-month pilot cluster-randomised controlled trial (c-RCT). As a key component of the implementation strategy, nominated nurses were trained as facilitators in a one-day workshop and supported by peer-mentoring (visit, telephone counselling). A mixed-methods approach was conducted in conjunction with the pilot trial and guided by a framework for process evaluations of c-RCTs. Data were collected using standardised questionnaires (nursing staff), documentation forms, problem-centred qualitative interviews (facilitators, therapists, social workers, relatives, peer-mentors), and a group discussion (facilitators). A set of predefined criteria on the nursing home level was examined. Quantitative data were analysed using descriptive statistics. Qualitative data were analysed using directed content analysis.
Results
Seven nursing homes (n = 4 intervention groups, n = 3 control groups) in two regions of Germany took part in the study. Facilitators responded well to the qualification measures (workshop participation: 14/14; workshop rating: “good”; peer-mentor visit participation: 10/14). The usage of peer-mentoring via telephone varied (one to seven contacts per nursing home). Our implementation strategy was not successful in connection with supplying the intervention to all the nurses. The clear commitment of the entire nursing home and the respect for the expertise of different healthcare professionals were emphasised as enablers, whereas a lack of impact on organisational conditions and routines and a lack of time and staff competence were mentioned as barriers.
Conclusion
The PECAN intervention was delivered as planned to the facilitators but was unable to produce comprehensive changes in the nursing homes and subsequently for the residents. Strategies to systematically include the management and the nursing team from the beginning are needed to support the facilitators during implementation in the main trial.
Trial registration
German clinical trials register, DRKS00010037. Registered 12 February 2016.
Outdoor or just on site analyzes of photovoltaic modules can offer some advantages in comparison to indoor Lab stud-ies. In this way the electrical performance is monitored and logged under natural operating conditions in full range of irradiation and temperature. The entirety of monitored IV data allows deriving low-light characteristics of electric parameters, temperature coefficients and root cause analysis for possible degradation. We apply so-called self-reference algorithm in order to increase the accuracy of analysis. The improved precision is due to application of effective acting irradiation and effective temperature instead of externally measured data. Effective irradiation is determined in self-referencing scheme: the short circuit current of the module is assigned to the irradiation.
Ziel des Projektes ist es, ein Verfahren für elektrische Vorort-Leistungsanalysen von Photovoltaik (PV)-Anlagen zu entwickeln. Dazu werden die elektrischen Parameter von PV-Strings lokal und global mit Hilfe eines neuen Feldlaboransatzes mit Indoor-Laborgenauigkeit vermessen. Das neue Messverfahren ist normgerecht und wird helfen, die Standardisierung von Feldmessungen weiterzuentwickeln. Im Projekt werden bekannte Messmethoden der Photovoltaik, (IR-Thermografie, I-U-String-Messung, digitale Datenverarbeitung mittels Selbstreferenzierung) zu einem innovativen Gesamtkonzept synthetisch zusammengeführt. Die Entwicklung des Messverfahrens wird an speziell gealterten PV-Anlagen marktbestimmender Technologien (c-Si-, CdTe-, CIGS-Muster-PV-Anlagen) vorangetrieben. So wird das Verfahren auf Erkennung spezifischer Degradationsszenarien und marginaler quantitativer Parameterveränderungen trainiert und geschärft
Outdoor performance analyses of photovoltaic modules can be advantageous compared to indoor investigations, as they take into account the influences of natural test conditions on the modules. However, such outdoor performance assessments usually suffer from poor accuracies due to undefined test conditions for the modules. This paper reports on a comprehensive concept for improved outdoor analysis which results in performance data with indoor laboratory precision. The approach delivers current-voltage characteristics for even more test conditions than required by the standard IEC 61853-1. Hence, curves of modules’ electrical parameters above irradiance can be deduced for any temperatures. The concept allows precise determination of temperature coefficients for user-defined irradiances taking into account outdoor effects like light-soaking or light-induced degradation. The calibration and measurement uncertainty of the presented outdoor analysis method is evaluated quantitatively. For the measurements an advanced outdoor set-up was used.
Freifeldcharakterisierung von PV-Anlagen im Rahmen des Projektes PV- FeldLab -ein Statusbericht-
(2020)
Das Projekt PV-FeldLab verfolgt das Ziel, ein umfassendes Konzept für eine messtechnisch sehr präzise elektrische Freifeld-Charakterisierung von PV-Generatoren zu entwickeln. Es beinhaltet eine optische Untersuchung mittels drohnengestützter Thermografie und eine genaue elektrische Charakterisierung von PV-Anlagen im Freifeld, auch bei räumlicher Inhomogenität von Bestrahlungsstärke, Temperatur und bei variablen Aufbauwinkeln von Modulen im Strang. Die Verknüpfung der elektrischen und optischen Messdaten erlaubt eine effiziente Untersuchung von PV-Anlagen und ermöglicht eine Präzisierung von Ertragsanalysen. Dieser Bericht beschreibt den ersten Projektabschnitt, in welchem der Fokus vor allem auf der Initialisierung der messtechnischen Komponenten, sowie ersten Messungen und Analysen liegt.
A quantitative physical model for potential induced degradation of the shunting type (PID-s) in solar modules is introduced. Based on a drift and diffusion approach for sodium ions and atoms, it gives insight into the kinetics of degradation and the corresponding regeneration. A simple drift/source term is used to describe the time-dependent flux of Na-ions towards stacking faults at the surface of the solar cell. The assumed transport mechanism for Na+ ions through the SiN-layer uses the modified Stern-Eyring rate theory but our approach can also be adapted to other mechanisms. Several PID-s and regeneration curves of one-cell solar modules at T = 49°C and T = 90°C with 1000V potential difference between modul frame and cell were measured and least-square fits of the in-situ measured parallel resistance Rsh to the model were performed giving very good accordance.
Based on a few measurements, the model can predict PID-s and regeneration characteristics of solar modules under different conditions.
Effiziente Lüftungssysteme zur Sicherstellung guter Luftqualität sind für energieeffiziente Gebäude essentiell. Ein Hemmnis für den Einsatz stellen insbesondere in der Sanierung die nach wie vor hohen Kosten dar. In mehreren Projekten [Schiantarelli 2015] [Sibille et al. 2013] wurde bisher versucht, vereinfachte Systeme zu entwickeln [Sibille, Pfluger 2016] [Huber 2013]. In diesem Forschungsprojekt wurde die Idee einer technisch einfachen und möglichst kanalfreien Belüftungsmöglichkeit mithilfe von aktiven Überströmern untersucht. Dabei wird die Zuluft nur zentral in der Mischzone der Wohnung (Flur, offenes Wohnzimmer) eingebracht. Die Abluft wird konventionell erfasst. Dadurch kann auf ein Zuluftkanalnetz verzichtet werden. Der aktive Überströmer ist dabei in die Zwischenwand bzw. im Türsturz des Anforderungsraumes (z.B. Schlafzimmer) eingebaut. Er besteht aus einem Axiallüfter mit einem Durchmesser von 120 mm, der (bei geschlossener Tür) die Luft aus der Mischzone in das angrenzende Schlafzimmer fördert.
Der Lüftung von Wohnräumen und damit der Versorgung von Menschen mit guter Luftqualität wird immer noch eine relative geringe Bedeutung beigemessen. Das ist umso bemerkenswerter als wir einen Großteil unserer Lebenszeit in geschlossenen Räumen verbringen. Die gültige DIN 1946 Teil 6 regelt zum einen den nutzerun¬abhängigen Luftwechsel zum Feuchteschutz und legt zum andere Planungsvorgaben für einen hygienischen Luftwechsel fest. Die wesentliche Neuerung in dieser Norm aus dem Jahre 2009 war die verpflichtende Sicherstellung des Luftwechsels zum Feuchteschutz ohne Nutzereingriff für jeden Neubau und bei lüftungs¬technisch relevanten Sanierungen. Das Gebäude oder die Wohnung muss diesen Mindestluftwechsel von selbst sicherstellen. Reicht dazu der Infiltrationsluftwechsel durch Leckagen nicht aus, sind geeignete lüftungstech¬nische Maßnahmen zu planen und umzusetzen. Somit wurde für Wohnungen die Erstellung eines Lüftungskonzeptes nötig.
In der überarbeiteten Norm wurde dieses Grund¬prinzip beibehalten. Einige der wesentlichen Änderungen sind:
• Neue Berechnung der Infiltration und der Luft¬volumenströme zur Ermittlung der Notwen¬digkeit einer lüftungstechnischen Maßnahme.
• Bei der Berechnung der Volumenströme werden typische Belegungsdichten der Nut-zungseinheiten berücksichtigt.
• Neuaufnahme und definierte Beschreibung von kombinierten Lüftungssystemen, z.B. Kombinationen aus freier und ventilatorge-stützter Systeme.
Über die Auswirkungen der neuen Berechnungs¬ansätze insbesondere auf die Fensterlüftung berichtet der Vortrag.
In this work we investigate students’ thinking about and difficulties with incompressible, steady pipe flow. There is substantial evidence that students have difficulty applying and prioritizing the two basic principles of mass conservation (i.e., the continuity equation) and energy conservation (i.e., Bernoulli’s equation). When distracted by questions which involve gravity students based their answers on ill-supported assumptions about local pressures. The predominant arguments use a simplified Bernoulli equation, descriptive arguments or analogies to single-particle motion. Based on these results, an instructional intervention is developed that seems to address the observed difficulties.
We describe an investigation of the heterogeneity in conceptual understanding of first-year
engineering students by using the force concept inventory (FCI) as a diagnostic tool. The
average FCI pre- and posttest results depend significantly on the type of school graduation.
Even interactive teaching methods that have proven to be more effective in learning outcome
cannot dissolve this heterogeneity within the first year of university study.
In einem beispielhaften Pilotprojekt wird das ehemalige Kasernengelände bei Bad Aibling zur "Nullenergiestadt" saniert und modernisiert. Dabei beschäftigt sich das Projekt mit Fragen des energieeffizienten Bauens in Bestand und Neubau, sowie mit der ganzheitlichen Betrachtung von Gebäuden im Verbund zu Siedlungen, Kommunen und Städten.
Im Rahmen eines durch das BMWi geförderten Forschungsprojekts wird das Vorhaben wissenschaftlich begleitet. Die Hochschule Rosenheim übernimmt im Projekt das energetische Monitoring und dessen Auswertung. Neben dem Monitoring der Einzelgebäude ist dabei ein wesentlicher Bestandteil die Betrachtung eines niedrigtemperierten Nahwärmenetzes, das im Sommer ausschließlich über große Solarthermieflächen gespeist wird.
In diesem Low-Ex-Ansatz sind auch Innovationen wie die "Fassadenheizung", die Untersuchung dezentraler vs. zentraler Lüftungsanlagen in der Gebäudesanierung und die Planung höchst energieeffizienter Gebäude ein Thema.
Im vom BMWi geförderten Forschungsprojekt Niedrigst-Energie-Hotel wurde ein Bestandsgebäude mithilfe eines umfassenden Sanierungskonzeptes zu einem energiesparenden Nur-Strom-Gebäude entwickelt. Eine höchst wärmegedämmte Hülle, komplett neue Anlagentechnik und intelligente Verknüpfung der Anlagenteile versprechen niedrigen Energiebedarf bei gleichzeitig hohem Komfort.
Doch mit steigender Komplexität der Anlagen steigt auch das Risiko, dass Bestandteile nicht optimal zusammenarbeiten oder sich sogar gegenseitig negativ beeinflussen. Beim energetischen Monitoring werden diese Anlagen und ihre Bestandteile überwacht und deren Energieströme gemessen. Dieses Wissen erlaubt schließlich die detaillierte Bewertung des innovativen Energiekonzepts in der Anwendung und in gewissem Umfang auch die Optimierung der Anlagen.
Zur Auswertung der umfangreichen Datensätze wird das am Karlsruher Institut für Technologie (Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau) entwickelte Werkzeug MoniSoft verwendet. Durch die plattformunabhängige Software werden das Monitoring und die Betriebsanalyse vereinfacht. Seit 2013 wird die Software an der Hochschule Rosenheim maßgeblich mit weiterentwickelt.
Projektziele - Durch das energetische Monitoring können folgende Ziele erreicht werden:
Beurteilung des Betriebs der komplexen Gebäudetechnik unter realen Bedingungen, Vergleich der Messergebnisse mit den Erwartungen der Planer, Erarbeitung von Optimierungsmöglichkeiten in der Gebäudetechnik
Die DIN 4109 regelt die Anforderungen an den Schallschutz in Gebäuden sowie den Nachweis der Einhaltung dieser Anforderungen. Im Juli 2016 erschien die komplett überarbeitete und neu strukturierte „neue“ DIN 4109. Im Vortrag werden wesentliche Änderungen, die neuen Rechenverfahren und die relevanten Bauteilkataloge kurz erläutert. Änderungen, die sich speziell für die schalltechnische Planung und Ausführung des Trockenbaus ergeben, werden anhand von praktischen Beispielen aufgezeigt. Damit soll ein Gefühl für Möglichkeiten und Grenzen in der Anwendung der neuen Norm vermittelt werden.
With the increasing mechanization of buildings, it is necessary to be able to predict both the structure-borne sound power input from building machinery and the subsequent propagation of structure-borne sound in the building. This paper considers lightweight constructions and describes the results of an experimental study in the laboratory on a T-junction that was constructed from a timber joist floor and two double leaf timber-frame walls. The focus in this paper is on the vibrational behaviour of one of the timber-frame walls. To assess the vibration pattern and the propagation of structure-borne sound, the surface velocity levels were measured on a grid on both leaves of the wall with point force excitation on one side. This grid allowed calculation of structural intensity vectors. The influence of elements such as the timber studs and tongue and grooved joints between the boards were apparent in different frequency regions. Experimental modal analysis was carried out using measurements on both leaves of the wall, giving information about the coupling in different frequency regions. The results give insight into how such a timber-frame wall could be modelled using statistical energy analysis.
Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist die Nachhaltigkeit von Wohngebäuden von enormer Bedeutung für die Gesellschaft des 21sten Jahrhunderts. Niedrigenergie-und Passivhauskonzepte können entscheidend dazu beitragen, den Energieverbrauch in Deutschland maßgeblich zu reduzieren. Diese Konzepte erfordern neue Bauweisen und energieeffiziente gebäudetechnische Anlagen, insbesondere Heizungsanlagen, Wärmepumpen und Lüftungsanlagen. Zusätzlich zur Energieeffizienz wird aber bei modernen Gebäuden ein hoher Wohn- und Arbeitskomfort gefordert und geschuldet. Diesbezüglich ist der bauliche Schallschutz zu einem wesentlichen Qualitätskriterium von Wohngebäuden geworden. Der beim Betrieb von gebäudetechnischen Anlagen erzeugte Lärm wird zunehmend als Problem wahrgenommen, das die Wohnqualität, das Wohlbefinden und damit verbunden die Gesundheit negativ beeinträchtigen kann. Durch die permanente Lärmbelästigung am Arbeitsplatz, durch Verkehr etc. ist die Erholung von Lärmeinwirkungen im eigenen Wohnbereich unerlässlich und lässt der Nachhaltigkeit des
baulichen Schallschutzes eine große Bedeutung zukommen. Dieser kann momentan aufgrund fehlender Planungswerkzeuge für die von gebäudetechnischen Anlagen ausgehenden Schallimmissionen nicht gewährleistet werden. Im Rahmen eines aktuellen, kooperativen Forschungsvorhabens der Hochschule Rosenheim und der Hochschule
für Technik Stuttgart soll dieser Missstand beseitigt werden,indem aufeinander abgestimmte Mess-und Prognoseverfahren für die Körperschallerzeugung und Schallübertragung gebäudetechnischer Anlagen im Massivbau sowie im Holz- und Leichtbau erarbeitet, validiert und Anwendern bereitgestellt werden. Damit soll ein vollständiges Instrumentarium geschaffen werden, mit dem die Geräusche gebäudetechnischer Anlagen unter besonderer Berücksichtigung ihrer Körperschalleigenschaften von der Quelle über die Übertragung im Gebäude bis zum Einwirkungsort geschlossen beschrieben werden können. Die Methoden sollen den Anlagenhersteller für die Charakterisierung der Schallquellen und deren schalltechnische Optimierung zur Verfügung stehen und sollen von den Gebäudeplanern als Prognoseinstrument für die schalltechnische Planung und Auslegung genutzt werden können. Dies ist ausgesprochen anspruchsvoll, da gebäudetechnische Anlagen in vielen Fällen vor allem Körperschallquellen darstellen, deren physikalische Beschreibung aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Quellen und Empfangsstrukturen ungleich komplizierter ist als die von Luftschallquellen. So ist die Körperschallerzeugung und -übertragung im Massivbau bekanntermaßen völlig unterschiedlich gegenüber den im Holzbau vorliegenden Bedingungen. Dies erfordert eine separate Betrachtung der Anrege- und Übertragungsmechanismen für beide Gebäudearten und bedingt die Kooperation der HFT-Stuttgart (spezialisiert auf Massivbau) und der HS Rosenheim (spezialisiert auf Holz und Leichtbau). Durch die Beteiligung von Unternehmen aus der gewerblichen Wirtschaft wird zudem sichergestellt, dass die aktuellen Bedingungen des Bauwesens Berücksichtigung finden und die praktische Umsetzbarkeit der Lösungen gewährleistet ist.
Single equivalent approximation for multiple contact structure-borne sound sources in buildings
(2012)
The work reported in the paper addresses structure-borne sound transmission between multiple contact sources and non homogeneous plate receiver structures. This study concentrates on a practical method of predicting the installed structure-borne sound power from mechanical installations in lightweight buildings. The structure-borne sound power is a function of source activity, source mobility and receiver mobility, and all three quantities must be known to some degree. It is rarely practical to consider all transmission paths individually and in detail, and therefore, reduced data sets and less computationally demanding procedures are proposed. The paper examines how source data can be used to assemble single equivalent values, using spatial averages and magnitudes. Single equivalent values of receiver mobility also are proposed for lightweight, point-connected ribbed plate constructions. In case studies, the single equivalent values are used for predicting the structure-borne power in the installed condition.
This paper aims to provide a practical approach to the prediction of structure-borne sound power of mechanical installations in buildings. For structure-borne power, two source quantities, activity and mobility, are required, in combination with one receiver quantity, the receiver mobility. The source activity, in the form of free velocity or blocked force, is usually measured. For source mobility and receiver mobility, estimates, based on simple expressions, can provide a useful starting point. Also, machine bases may be categorised as: compact, plate-like, flanged or framed. Receiver structures, floors and walls, may be categorised as: plate-like, ribbed plate or framed plate. The estimates of source mobility are based on the rigid body value, the characteristic plate mobility and the fundamental plate frequency. For ribbed and framed plate structures, the mobility will vary with location, but again simple estimates of mobility, based on characteristic values and distance from the ribs, are possible.
The work reported in this thesis addresses the problem of structure-borne sound transmission in buildings. Vibrating sources, such as services plant and domestic appliances, transmit vibro-acoustic power, causing noise complaints by occupants in rooms removed from the source room. There is not yet an accepted practical method of predicting the installed power into floors or supporting walls, and thence the resultant sound pressure in rooms.
This study concentrates on the prediction of the installed power from mechanical installations in lightweight buildings composed of framed and ribbed plates. To identify the characteristics of such receiver elements, a field survey has been undertaken, which involved measurement of the point and transfer mobilities of common wall and floor structures. It is shown that the range of measured values of receiver point mobility is surprisingly small and that the constructions investigated often displayed thin plate-like characteristics, with relatively small spatial variations in point mobility. These field measurements give support to the notion of averaging over contacts.
This single equivalent receiver mobility has been assembled both from measured data and from the approximate method and then used in combination with single equivalent source data, to yield an approximate prediction of the installed power. The agreement obtained between the exact and approximate values allowed consideration of a practical implementation of the approximate prediction method, based on a reception plate method which yields the activity and mobility of the tested machine as single equivalent values.
The work reported in this paper addresses the problem of structure-borne sound transmission between vibrating sources and ribbed-plate receiver structures. Vibrating sources, such as pumps, motors, fans, etc., transmit vibro-acoustic power, causing noise complaints by occupants in cars, trains, aircraft, buildings and/or material fatigue and damage. The transmission process is complicated in that sources transmit power through several contacts and by up to six components of excitation at each contact. The structure-borne sound power is a function of source activity, source mobility and receiver mobility, and all three quantities must be known to some degree. For non-homogeneous receiver structures, such as thin-plate cavity constructions or lightweight framed constructions, the sheathing plates are typically fastened to the framing members using bolts, screws or spot-welded joints. Hence the resulting system is a point-connected ribbed plate structure and the receiver mobility is expected to vary significantly with position. Since measured receiver data seldom is available for prediction purposes, a method of estimating the point and transfer mobility of point connected ribbed plates is required. In this paper, an approximate approach, based on substitution forces, is described. The model uses infinite beam and infinite plate behaviour as input quantities. Estimates of point and transfer mobility are compared with measured results using a timber joist floor construction as an example.
In wood framed buildings, floors are formed by fastening wood sheathing to joists spaced at a regular interval. The sheathing is typically fastened to the joist using screws so the resulting system is a complicated periodic point-connected plate-rib structure. It is shown that the point force mobility varies significantly with position. A machine installation generally is close to discontinuities, such as at: floor edges, joist-screw locations, joints between the sheathing plates, and due to workmanship. In such cases, moment excitation might become important at some frequencies and the neglect of moments a priori can ead to inaccurate prediction of the total emission. This paper presents measured point moment mobilities with respect to the distance to discontinuities for a timber joist floor where a single layer of chipboard forms the sheathing. It is shownthat the measured point moment mobility indicates an infinite plate behaviour. This includes for positions above a joist but between screw positions. To determine the relative contribution of moments and perpendicular forces to the total structure-borne sound power, case studies of two sources, a fan unit and a whirlpool bath, are described, for various locations on a timber joist floor.
Single equivalent excitation for the structure-borne power from machines on ribbed-plate structures
(2009)
Machines impart structure-borne power into connected and supporting structures through all contact points and by up to six components of excitation. It is recognised that considering all transmission paths for prediction purposes generally is not a practical approach, due to the large data and computational requirements. Reduced data sets and less computationally demanding procedures are sought which give the total power to the accuracy appropriate for the particular engineering design requirement. In this paper, single equivalent source and receiver values are considered for machines on ribbed-plate structures. In this case, large variations in the structural dynamics at the contact positions can be expected, and spatial averaging will lead to loss of accuracy. Single equivalent values have been assembled from measured source and receiver data. Case studies are described, for a fan unit and a whirlpool bath, on a timber-joist floor, which is a complicated periodic point-connected plate-rib structure. Approximate estimates of structure-borne power are compared with exact values obtained from full mobility matrix formulations. The case studies presented indicate the loss of accuracy of the prediction, which, in many situations, may be sufficiently small to allow such simplifications.
Vibrational active sources introduce structure-borne sound power to the supporting structure through all contact points and by up to six components of excitation. The total structure-borne sound power is a function of source activity, source mobility and receiver mobility and receiver mobility is expected to vary significantly with source position on lightweight structures such as timber joist floors. A case study is presented, in which the spatial variation in structure-borne sound power is examined for a fan unit mounted on a timber joist floor. The exact structure-borne power is obtained from measured source free velocity, and measured source and receiver mobility, where forces are assumed the dominant excitation mechanism. The exact calculations are computationally intensive and require large data sets, and this is generally not a practical approach for prediction purposes. In addition, manufacturers view their products as single entities and desire corresponding single values of source strength. A laboratory reception plate measurement procedure has recently been proposed which yields single equivalent values of source strength and source mobility. This paper investigates if this collapsed data format appropriately describes the dynamic behaviour of the source and especially inhomogeneous receiver structures, to obtain estimates of total structure-borne sound power within acceptable accuracy. Since measured receiver data is usually not available, an approximate method is described, of estimating the point and transfer mobility, based on infinite beam and infinite plate behaviour. The single equivalent receiver mobility then is easily obtained and, when used in combination with single equivalent source data, yields an approximate prediction of the total installed power. Single equivalent estimates of structure-borne sound power are compared with exact values obtained from full mobility formulations. Results indicate that the accuracy of the approximate prediction may be sufficient for such installations.
A practical method is proposed for predicting the total structure-borne sound transmission from machines installed in lightweight buildings. The total structure-borne sound power is a function of the source activity and mobility, and the receiver mobility, at each contact and for each component of excitation. The data and computational requirements for prediction normally are large and are required to be in complex form for the cases where source mobility and receiver mobility are of the same magnitude. This can occur in lightweight framed buildings. However, manufacturers view their products as single entities and desire corresponding single values of source strength. They also desire simple measurement methods
and the data obtained to be in octave or one-third octaves. A laboratory reception plate measurement procedure has been proposed which yields single equivalent values of source strength and source mobility. The source data, in combination with an estimate of the single equivalent value of receiver mobility, yields a simple prediction of the total installed power. The accuracy of the simple prediction depends on the spatial variation in contact conditions. For example, the receiver mobility over a joist is likely to be significantly lower than for positions between joists. Case studies are described for multiple contact sources on a timber-joist floor where the simple predictions are compared with exact values obtained from a full mobility formulation.
The total structure-borne sound power of an installed machine is a function of the source activity and mobility, and the receiver mobility, at each contact and for each component of excitation. The data and computational requirements for prediction therefore are large. Manufacturers view their products as single entities and desire corresponding single values of source strength. A laboratory reception plate measurement procedure has been proposed which yields single equivalent values of source strength and source mobility. The source data, in combination with an estimate of the single equivalent value of receiver mobility, yields the approximate total installed power. The accuracy of the estimate is dependent on the spatial variation in contact conditions over the connections. In addition, phase information has been lost in the simplification. Case studies are described for multiple contact sources on a non-homogeneous plate (a timber-joist floor) where the approximate estimates of structure-borne power are compared with exact values obtained from full mobility formulations.
To estimate the structure-borne sound power of vibrational active machines or components two source quantities, corresponding to the source activity and mobility, and one receiver quantity, the mobility, are usually required. A practical, laboratory-based measurement procedure for the characterisation of mechanical installations has recently been proposed, which yields single equivalent values of source strength and source mobility. In order to predict the power in the installed condition, an estimate of the receiver mobility also is required, again, for practical reasons, in the form of a single equivalent value. This paper considers the single equivalent receiver mobilities for lightweight building structures - timber joist floors. The value obtained is in the form of the average magnitude of the effective mobilities over the contact points. A simple prediction method is proposed for point- and transfer mobilities (both are required to yield the effective mobility at each contact) based on infinite beam and infinite plate behaviour. Estimates for point-, transfer- and single equivalent receiver mobilities are discussed and compared with measured data.
Im Gemeinde- und Landkreiswahlgesetz haben Listenverbindungen eine lange Tradition. Sie sollen bei der Verrechnung von Stimmen in Sitze Verzerrungen dämpfen, die mit dem D’Hondt-Verfahren auftreten können. Da aber die Sitzzuteilung seit 2010 mit dem unverzerrten Hare/Niemeyer-Verfahren vorgenommen wird, haben Listenverbindungen ihre Berechtigung verloren. Wir demonstrieren die Problematik anhand der Kommunalwahlen 2014. In mehreren Kommunen passierte es, dass von zwei Listen diejenige mit mehr Stimmen weniger Sitze erhielt, was mit der Erfolgswertgleichheit der Wählerstimmen unvereinbar ist. Auch kam es vor, dass eine Liste den Einzug in den Gemeinderat nur deshalb verfehlte, weil sie einer Listenverbindung angehörte.
Analysis of M/G/1-queues with Setup Times and Vacations under Six Different Service Disciplines
(2001)
Single server M/G/1-queues with an infinite buffer are studied; these permit inclusion of server vacations and setup times. A service discipline determines the numbers of customers served in one cycle, that is, the time span between two vacation endings. Six service disciplines are investigated: the gated, limited, binomial, exhaustive, decrementing, and Bernoulli service disciplines. The performance of the system depends on three essential measures: the customer waiting time, the queue length, and the cycle duration. For each of the six service disciplines the distribution as well as the first and second moment of these three performance measures are computed. The results permit a detailed discussion of how the expected value of the performance measures depends on the arrival rate, the customer service time, the vacation time, and the setup time. Moreover, the six service disciplines are compared with respect to the first moments of the performance measures.
In dieser Arbeit werden M/G/1-Warteschlangen mit unendlich großem Warteraum und einem Server, der Bedienpausen und Bereitstellungszeiten benötigt, für die absperrende, begrenzende, binomiale, entleerende, vermindernde und bernoullische Bediendisziplin untersucht. Dabei bestimmt die Bediendisziplin, wie viele Kunden der Server in einem Zyklus, das ist die Zeit zwischen zwei Pausenenden, bedient.
Wichtige Kenngrößen eines solchen Modells sind die Wartezeit eines Kunden, die Warteschlangenlänge zu einem beliebigen Zeitpunkt und die Zyklusdauer. Für jede der sechs Bediendisziplinen werden die Verteilung und die ersten beiden Momente dieser Kenngrößen berechnet.
Die Ergebnisse werden benutzt, um die Abhängigkeit der ersten Momente der Kenngrößen von der Ankunftsrate, der Kundenbediendauer, der Pausenlänge und der Dauer der Bereitstellungszeit zu untersuchen. Ferner werden die sechs Bediendisziplinen bezüglich der Erwartungswerte der Kenngrößen miteinander verglichen.
Metall macht leise.
(2006)
The simplifications used while creating a model for structure borne transmission from a wood stud to a gypsum board mounted on RCs are discussed.
Above 400 Hz power transmission is determined by stud translation, is propotional to the number of RCs, and is independent of number and location of fasteners between gypsum board and RCs.
In this frequency range it is possible to use the mobility approach if RCs can be approximated by a series of idealised springs located at points of intersection between stud and RCs. The dynamic stiffness of each spring is equal to that of the RC at a stud.
The assumptions relating to power flow as a function of position and number of fasteners between the gypsum board and RC's was examined. It was observed that studs had both a rotational and translation motion but the translation displacement coupled more strongly than rotation. It was also observed that if the rotation velocity was less than or equal to the translation velocity, then structure borne transmission due to the rotation component could be ignored for frequencies below 2500 Hz. The results show that there is little effect associated with either the location or the number of fasteners attaching the gypsum board to the RC's about 315 Hz.
Existence of axially symmetric solution to the Vlasov-Poisson System depending on Jacobi's Integral
(2008)
Zum Schutz gegen unzumutbare Belästigungen aus fremden Wohnbereichen werden in der DIN 4109 Anforderungen an die Schalldämmung der Trennbauteile zwischen den
Wohnbereichen gestellt.
Diese Anforderungen können von heute üblichen
Konstruktionen bei fehlerfreier Ausführung sowohl in Holzbauweise als auch in Massivbauweise problemlos eingehalten werden. Dies spiegelt sich auch bei Güteprüfungen der Luft
-und Trittschall-dämmung am Bau wider.
Bei Umfragen unter den Bewohnern von Mehrfamilienhäusern
wird jedoch häufig die Trittschallübertragung der Trenndecke als störendeGeräuschquelle genannt. Die Beurteilung der Trittschallübertragung von Trenndecken anhand
des bewerteten Norm
-
Trittschallpegels im Bau als alleinige Bewertungsgröße
scheint somit unabhängig von der Bauweise nich
t ausreichend zu sein, um dem subjektiven Empfinden des Bewohners gerecht zu werden.
Als Voraussetzung für die Auswahl geeigneter Deckenkonstruktionen
immehrgeschossigen Holzbau wird deshalb in Abschnitt 2
zunächst ein zutreffendes Beurteilungskriterium für die
Trittschallübertragung gewählt
und Wege zur konstruktiven Umsetzung aufgezeigt. Bei der
Luftschalldämmung von Trennwänden und Trenndecken in
der Geschossbauweise spielt der Anteil der Flankenübertragung eine wesentliche Rolle, wie die Beispiele ausgeführter
Objekte in Abschnitt 3 zeigen.
Um diese Anteile der Flankenübertragung genauer berücksichtigen zu können und eine wirtschaftlichere Planung zu ermöglichen wird ein Forschungsprojekt durchgeführt, auf dessen Inhalte in Abschnitt
4
vorgestellt werden.
Schallschutz von Massivholzkonstruktionen und Prognose von Trittschallpegeln an Holzbalkendecken
(2017)
Holzhäuser zeigen Pioniercharakter in Bezug auf Energieeinsparung und Nachha
l
tigkeit
und bestechen durch ihre Kombination von nachhaltiger Bauweise mit a
n
spruchsvoller
Ästhetik und moderner Architektur. Auf Grund dieser Vorteile
nimmt die Anzahl der Hol
z-
bauten auch in der Geschoßbauweise des urbanen B
e
reichs kontinuierlich zu. Gerade im
G
e
schoss
wohnungsbau bieten sich moderne vorgefertigte Massiv
holzelemente wie Brett
-
sperr
holz
elemente, Hohlkastenel
e
mente oder Holz
-
Beton
-
Verbu
nd
elemente für eine bau
-
konstruktiv kosteneffizie
n
te Erste
l
lung der Gebäude an.
Verglichen mit Gebäuden in Mauerwerks
-
und Betonbauweise ist jedoch die Pl
a
nung e
i
nes
Bauobjektes in Holzbauweise für den Architekten und die Fachplaner eine deutlich größ
e-
re
Herausforderung. Die Gründe hierfür liegen unter anderem im Mangel von be
währ
ten
Konstruktionen und Ko
n
struktionswerkzeugen für den Schallschutz und die Ge
brauchs
-
tauglichkeit (Schwingungsnachweis). Es besteht erheblicher Handlungsbedarf, zumal
Holzbau
ten wesentliche Chancen hinsichtlich einer Verbesserung der (L
e
benszeit)
-
CO
2
-
Bilanz bieten.
Die Folge des Mangels an geeigneter Konstruktions
unterstützung wird im Pl
a
nungs
pro
-
zess offensichtlich. Um die Anforderungen an den Schallschutz und an die Gebra
uchs
-
taug
lichkeit sicher erfüllen zu können, werden die Bauteile häufig durch Ersatzmodelle
und vereinfachte konservative Ansä
t
ze überdimensioniert und dadurch unwirtschaftlich.
Geeignete computergestützte Planungswerkzeuge, die eine Simulation der g
e
nan
nten
bauphysikalischen und konstruktiven Eigenschaften bereits im frühen Planungsentwurf
für das gesamte Bauwerk und nicht nur für einzelne Kompone
n
ten er
mög
lichen, könnten
den Planungsaufwand nicht nur drastisch reduzieren, sondern auch zuverlässiger m
a
chen,
die Qualität entscheidend erhöhen und d
a
mit letztendlich die Wett
be
werbs
fähigkeit von
Holzbauten fördern.
Aus dieser Motivation heraus wird derzeit ein Kooperationsprojekt der TU
-
München der
Hochschule Rosenheim und des ift Rosenheim durchgeführt
.
Als Zielsetzung
des Projekts
ergibt sich ein Planungsprozess, der die numerische S
i
mulation und den Nach
weis vibr
o-
akustischer Gebäudeeigenschaften eng an ein umfasse
n
des Bauwerks
informationsmodell
(BIM) koppelt. Dies ermöglicht dem Fachplaner einen opt
imierten Entwurf einzelner Baute
i
le,
die Untersuchung deren (schwi
n
gungs
technischer) Kopplung sowie der vibroakust
i
schen
Eigenschaften des Gesamtgebäudes bereits in einem frühen Planungsstadium. In Kombin
a-
t
i
on mit der Methode der Statistischen
-
Energie
-
Ana
lyse (SEA) wird hierzu die Erwe
i
t
e
rung
vorhandener Finite
-
Elemente
-
Verfahren hi
n
sichtlich einer geometrisch
-
mechanischen und
vibroakustisch konsistenten Kopplung von Bauteilen sowie die Ableitung des volumenorie
n-
tierten G
e
samtmodells aus dem Bauwerks
in
fo
r
ma
tions
modell a
n
g
e
strebt.
Zum Schutz gegen unzumutbare Belästigungen aus fremden Wohnbereichen werden in
DIN 4109
[
1
]
u.a. Anforderungen an die Trittschalldämmung von Trenndecken gestellt.
Diese Anforderungen können von heute üblichen Trenndeckenkonstruktion bei fehlerfre
i-
er Ausführung sowohl in Holzbauweise als auch in Massivbauwei
se problemlos eingeha
l-
ten werden. Dies spiegelt sich auch in Güteprüfungen am Bau wider. Dennoch wird die
Trittschallübertragung bei Umfragen unter den Bewohnern von Mehrfamilienhäusern
meist als die störendste Geräuschquelle genannt
[
2
]
,
[
16
]
.
Da der messtechnische Nachweis für die Anforderungen nach DIN 4109 mit einem Norm
-
Hammerwerk als Anregungsquelle durchgeführt wird, ist zunächst die Übereinstimmung
zwischen dem Ergebnis d
ieser Messung (dem bewerteten Norm
-
Trittschallpegel
L’
n,w
bzw.
L
n,w
) und dem subjektiven Empfinden des Bewohners bei der üblichen Anregung
durch Begehen der Decke zu hinterfragen. In Abschnitt 2 wird hierzu auf die Korrelation
zwischen dem subjektiven Emp
finden des Bewohners und dem nach DIN EN ISO 717
-
2
[
3
]
bewerteten Norm
-
Trittschallpegel eingegangen. Alternative Bewertungsverfahren, die
mit der Zielsetzung einer besseren Übereinstimmung zwischen Hammerwerksmessu
ng
und subjektivem Empfinden entwickelt wurden, werden in Abschnitt 3 gegenübergestellt.
In Abschnitt 4 werden daraus Zielwerte für die Bauteiloptimierung abgeleitet. Eine mögl
i-
che konstruktive Umsetzung wird in Abschnitt 5 vorgeschlagen.
Durch die geplante
Übernahme des europäisch harmonisierten Berechnungsve
r
fahrens
nach EN 12354 in die neue DIN 4109 werden für den Nachweis der Schalldämmung neue
Planungsdaten erforderlich. Neben den Planungsdaten für die direkte Übertragung des
Trennbauteils werden Daten f
ür die Stoßstellen zwischen Trennba
u
teil und flankierenden
Bauteilen benötigt. Die Erarbeitung dieser Planungsgrundlagen in Form von Bauteilkatal
o-
gen zeigte besonders bei Bauteilen in Holzbauweise deutliche Lücken für die Beurte
i
lung
der Stoßstellen und de
r daraus resultierenden Flankenübe
r
tragung auf. Um diese Lücken
zu schließen, wurden in den letzten Jahren von verschiedenen Stellen Untersuchungen v
o-
rangetrieben und veröffentlicht, deren Ergebnisse zur Prognose der Flanke
n
übertragung in
diesem Beitrag zu
sammengestellt und interpretiert werden. Über die Z
u
sammenstellung
hinaus werden die Verbesserungsmöglichkeiten durch elastische Entkopplungen der Sto
ß-
stellen untersucht und die Anwendbarkeit der Planung
s
daten durch Berechnungsbeispiele
überprüft. Hierbei
wird eine vereinfachte Berechnung mit Vernac
h
lässigung der gemischten
Übertragungswege (Fd, Df) der genaueren Berechnung gegenübe
r
gestellt.
Schallschutz von Holzbalkendecken - Strategien für die Sanierung
Holzbautag Biel 2012
3
A. Rabold
Schallschutz von Holzbalkendecken
Strategien für die Sanierung
Einleitung
Die Altbausanierung nimmt gegenüber dem Gesamtvolumen der Bautätigkeit eine immer be-
deutendere Stellung ein. Falls die geplanten Sanierungsmaßnahmen nicht unter den Be-
standsschutz fallen, sind die Anforderungen der zum Zeitpunkt der Sanierung baurechtlich
eingeführten Normen zu berücksichtigen. Das Bauteil, das bei der Sanierung eine besonders
sorgfältige Planung erfordert, ist die Trenndecke, die in Altbauten häufig als Holzbalkendecke
ausgeführt wurde. Die vorhandenen Planungsgrundlagen für den Schallschutznachweis von
Holzbalkendecken in Massivbauten sind sowohl in der Normung als auch der Literatur sehr
lückenhaft. Um aktuelle Planungsdaten zu erarbeiten wurde deshalb am ift Rosenheim zu-
nächst ein Vorhaben durchgeführt, in dem die Luft- und Trittschalldämmungen typischer Alt-
baudecken und die Verbesserungen durch unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen unter
Laborverhältnissen ohne Flankenübertragung untersucht wurden [1], [2]. In einem aktuellen
Forschungsvorhaben [3] wurde nun in Kooperation mit der Hochschule Rosenheim die Flan-
kenübertragung bei unterschiedlichen Mauerwerkstypen und Deckeneinbindungen ermittelt.
Der Beitrag beschreibt zunächst den Einfluss der Deckenkonstruktion auf die Schalldämmung
und die Ermittlung der Planungswerte für die direkte Übertragung der Decke. Im zweiten Ab-
schnitt werden Planungsdaten für die Flankenübertragung in der Altbausituation dargestellt.
Die Anwendung des Modells sowie die Validierung anhand von Baumessungen wird im dritten
Abschnitt erläutert.
Die schalltechnische Planung von Doppel- und Reihenhäusern
verlangt eine besondere Sorgfalt, da der Bauherr einerseits
ein Haus mit einer Grundrissgestaltung eines freistehenden
Einfamilienhauses bewohnt, andererseits durch die Gebäu-
detrennwand in unmittelbarer Nähe an seinen Nachbarn
grenzt. Die einschlägigen Normen berücksichtigen dies durch
höhere Anforderungen an die Gebäudetrennwand gegen-
über der Schalldämmung von Wohnungstrennwänden.
Der vorliegende Beitrag soll Planungshilfen für die Optimie-
rung der Ausführung von Haustrennwänden in Holzbauwei-
se und des fl ankierenden Daches über der Trennwand geben.
Hierbei wird auch der Einfluss der niederfrequenten Schall-
übertragung berücksichtigt, der von den Anforderungen der
Normen nicht oder nur teilweise erfasst wird
Die schalltechnische Planung eines Mehrfamilienhauses (MFH)
in Holzbauweise
stellt
in der
Regel eine größere Herausforderung dar, als
bei
einem
vergleichbaren
Bauvorhaben
in
Beton- und Mauerwerksbauweise.
Die Ursache dieses Ungleichgewichts ist nicht nur in den vielfältigen Gestaltungs- und
Ausführungsvarianten
des
Holzbaus
zu
suchen, sondern ist vielmehr in den fehlenden
Planungsunterlagen
zum
Schallschutz
begründet. So ermöglicht die derzeitige DIN 4109
vom November 1989 [1] zwar problemlos den schalltechnischen Nachweis
für
übliche
Mauerwerks-
und
Betonbauweise, für Holzbauteile sind die Nachweismöglichkeiten jedoch
sehr
begrenzt.
Bei
Holzdecken sind beispielsweise sieben Ausführungsvarianten aufgeführt,
von denen nur vier den Anforderungen in einem Mehrfamilienhaus genügen.
Zur
Beseitigung
dieser
Schieflage
wurden in der Vergangenheit unter Koordination der
Deutschen Gesellschaft für Holzforschung auf Grundlage
umfangreicher
Forschungsvorhaben
verschiedene
Schriften in der Reihe Informationsdienst Holz
veröffentlicht, die Planungsgrundlagen für Decken, Wände und Dächer bilden. [2], [3]
Diese
Ergebnisse
fließen
nun
auch
in die derzeit in Bearbeitung befindliche Neufassung der
DIN
4109 ein. Der neue Bauteilkatalog der DIN 4109 wird den heutigen Holzbau in
Deutschland
wesentlich besser repräsentieren und kann auf Grund seiner offenen
Gestaltung kontinuierlich ergänzt werden.
Neben dem Bauteilkatalog wird auch das Nachweisverfahren aktualisiert und an
die
europäische
Normung
(EN
12354) angepasst. Für den Holzbau wurde das
Berechnungsverfahren der inzwischen als Deutsche Norm
eingeführten
DIN
EN
12354:2000
in verschiedenen Vorhaben verifiziert [4], [5] und an die speziellen
Schallübertragungsmechanismen im Holzbau angepasst [6], [7].
Im neuen Nachweisverfahren ist vorgesehen, auch
Laborergebnisse
von
Holzdecken,
die
nicht im Bauteilkatalog enthalten sind, für den Nachweis zu verwenden. Dies war bei
Holzdecken
bisher nicht möglich, da die Nachweisführung eine Labormessung mit
„bauüblichen Nebenwegen“ voraussetzte, es aber für
„den
Holzbau“
keinen
solchen
normativ
festgelegten Prüfstand gab.
Nachfolgend wird auf die neuen Nachweismöglichkeiten im Holzbau eingegangen
und
das
Verfahren am Beispiel eines Mehrfamilienhauses
erläutert. Für die in diesem Bauvorhaben
eingesetzte Hohlkastendecke mit integrierten Schwingungstilgern wurden verschiedene
Übertragungswege vorab in Laborprüfungen untersucht [8], [9].
Da die neue DIN 4109 noch in Bearbeitung ist
und
verschiedene
Randbedingungen
wie
z.B.
die Vorhaltemaße noch nicht festgelegt sind, wurde das Verfahren in diesem Fall lediglich
zur Prognose der zu erwartenden Schalldämmung am Bau verwendet. Die
eigentliche
Nachweisführung erfolgte durch eine Güteprüfung am Bau. Hierdurch ergab sich
die
Möglichkeit, die Messergebnisse mit den prognostizierten Werten zu vergleichen.
Die Holzbauweise wird zunehmend auch in öf-
fentlichen Gebäuden wie Verwaltungsgebäuden,
Schulen und Kindergärten eingesetzt. Gerade bei
Schulen und Kindergärten werden dadurch be-
reits junge Menschen mit dem natürlichen Bau-
stoff Holz durch seine angenehme Optik und
Haptik in positiver Weise vertraut gemacht.
Diesen „Wohlfühlkriterien“ vorangestellt sind na-
türlich gerade in öffentlichen Gebäuden die Si-
cherheitsaspekte der Statik und des Brandschut-
zes. Auch die Anforderungen an die Raumakus-
tik, den Schallschutz und das Schwingungsverhal-
ten der Decken sind zu berücksichtigen. Hierbei
beziehen sich die Anforderungen an das Schwin-
gungsverhalten auf spürbare Schwingungen, die
in einem Frequenzbereich unterhalb des mensch-
lichen Hörbereichs liegen. Die Anforderungen an
den (Tritt-) Schallschutz beziehen sich hingegen
auf abgestrahlte Körperschallschwingungen in-
nerhalb des Hörbereichs.
Während die Kriterien des Brandschutzes und der
Statik bereits bei der Entwicklung eines Holzbau-
elements zur Marktreife berücksichtigt werden
und auch für die Raumakustik optimierte Holz-
bauelemente mit integriertem Schallabsorber zur
Verfügung stehen, liegen zum Schwingungsver-
halten weitgespannter Holzdecken und dem ent-
sprechenden Nachweis nach DIN 1052 [2] noch
zu wenige allgemein gültige Aussagen bzw. Kon-
struktionsregeln vor. Auch Decken mit geringen
Trittschallübertragungen bei den subjektiv domi-
nanten tiefen Frequenzen sind bislang nur verein-
zelt zu finden. Diese Ausgangssituation wurde
von zwei aktuellen Forschungsprojekten der
TU München, des ift-Rosenheim und des IBP
Stuttgart (Fraunhofer Institut für Bauphysik), un-
ter Koordination der DGfH aufgegriffen. Nach-
folgend wird der bisherige Stand der z.T. noch laufenden Projekte dargelegt, konstruktive Lö-
sungsansätze aufgezeigt und eine gelungene
Umsetzung an einem Schulgebäude in Rosen-
heim vorgestellt
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen ei
nes Forschungsprojekts des Lehrstuhls für
Computation in Engineering an der Technische
n Universität München in Kooperation mit
dem Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttg
art und dem ift Schallschutzzentrum, Rosen-
heim. Die primäre Zielsetzung des Forschungsp
rojekts lag in der Entwicklung konstruktiver
Maßnahmen zur Verbesserung der tieffreque
nten Trittschalldämmung von Holzdecken.
Zur Entwicklung dieser Maßnahmen war zunächst durch die Klärung der akustischen
Wechselwirkungen zwischen Deckenauflage
und Rohdecke ein besseres Verständnis für das
Schwingungsverhalten der Dec
kenaufbauten zu erarbeiten
. Um den erheblichen Aufwand
einer rein empirischen (messtechnischen) Untersuchung dieser Wechselwirkungen zu re-
duzieren, wurde die Entwicklung und Bereitste
llung leistungsfähiger Berechnungsmodelle
angestrebt. Im Teilprojekt der Technischen Universität München wurde hierzu ein Be-
rechnungsmodell auf Basis der Finiten Eleme
nte Methode erarbeitet, dessen Validierung
anhand von Messergebnissen aus der Datenbank des ift Schallschutzzentrums, Rosenheim
erfolgte. Zur Visualisierung
der Ergebnisse und einer rationellen Modellerstellung wurde
eine graphische Nutzeroberfläche entwickel
t. Anhand der numerischen Berechnungen des
validierten Modells wurden die Wechselwirkungen der Deckenkomponenten untersucht
und optimierte Konstruktionen erarbeitet. Nach der messtechnischen Überprüfung der
optimierten Konstruktionen im ift Schallschutzzentrum konnten die Ergebnisse in Form von
Konstruktionshilfen für optimierte Au
fbauten zusammengestellt werden.
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen ei
nes Forschungsprojekts des Lehrstuhls für
Computation in Engineering an der Technische
n Universität München in Kooperation mit
dem Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttg
art und dem ift Schallschutzzentrum, Rosen-
heim. Die primäre Zielsetzung des Forschungsp
rojekts lag in der Entwicklung konstruktiver
Maßnahmen zur Verbesserung der tieffreque
nten Trittschalldämmung von Holzdecken.
Zur Entwicklung dieser Maßnahmen war zunächst durch die Klärung der akustischen
Wechselwirkungen zwischen Deckenauflage
und Rohdecke ein besseres Verständnis für das
Schwingungsverhalten der Dec
kenaufbauten zu erarbeiten
. Um den erheblichen Aufwand
einer rein empirischen (messtechnischen) Untersuchung dieser Wechselwirkungen zu re-
duzieren, wurde die Entwicklung und Bereitste
llung leistungsfähiger Berechnungsmodelle
angestrebt. Im Teilprojekt der Technischen Universität München wurde hierzu ein Be-
rechnungsmodell auf Basis der Finiten Eleme
nte Methode erarbeitet, dessen Validierung
anhand von Messergebnissen aus der Datenbank des ift Schallschutzzentrums, Rosenheim
erfolgte. Zur Visualisierung
der Ergebnisse und einer rationellen Modellerstellung wurde
eine graphische Nutzeroberfläche entwickel
t. Anhand der numerischen Berechnungen des
validierten Modells wurden die Wechselwirkungen der Deckenkomponenten untersucht
und optimierte Konstruktionen erarbeitet. Nach der messtechnischen Überprüfung der
optimierten Konstruktionen im ift Schallschutzzentrum konnten die Ergebnisse in Form von
Konstruktionshilfen für optimierte Au
fbauten zusammengestellt werden.
Verglichen mit Gebäuden in
Mauerwerks- und Betonbauweise ist die Planung eines Bauobjektes in Holzbauweise eine deutlich größere Herausforderung.
Die Gründe hierfür liegen unter anderem im Mangel von
bewährten Konstruktionen und Planungswerkzeugen für den
Schallschutz und die Gebrauchstauglichkeit. Geeignete
computergestützte Planungshilfen, die eine Simulation
bereits im frühen Planungsentwurf für das gesamte Bauwerk ermöglichen, könnten den Planungsaufwand drastisch reduzieren. Eine Möglichkeit der Simulation stellt die
Verwendung eines Berechnungsmodells für die Luft- und
Trittschalldämmung auf Basis der statistischen
Energieanalyse (SEA) und der Finite Elemente Methode
(FEM) dar. Während der SEA eine Energieflussbetrachtung
zugrunde liegt, die in ihrer vereinfachten Form zum
Prognosemodell nach DIN EN 12354 [1] führt, wird bei der
FEM-basierten Berechnung eine modale Betrachtung
durchgeführt. Im Gegensatz zur SEA-basierten Berechnung,
die eine ausreichende Modendichte voraussetzt, ist
die FEM-basierte Berechnung für Frequenzbereiche mit einer geringen Eigenmodendichte besser geeignet. Für die
FEM-basierte Berechnung ist neben der Bauteilstruktur und -
dämpfung auch deren Anregung und Abstrahlung durch
die Luft- bzw. Trittschallquelle zu berücksichtigen. Die Anregung durch das Norm-Hammerwerk und die
Berücksichtigung der Dämpfung im verwendeten FEM-
basierten Modell wurde bereits in [2], [3], [4] bes
chrieben. Nachfolgend wird die Verwendung von Akustik-Elementen für die vollständig gekoppelte Berechnung der Luftschallübertragung
beschrieben. Die vorgestellten Ergebnisse basieren auf Zwischenergebnissen eines aktuellen Gemeinschafts-Forschungsvorhabenszwischen der TU München, der Hochschule Rosenheim und dem ift
Rosenheim [5].