Fakultät für Angewandte Natur- und Geisteswissenschaften
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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.