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About this book

Das bewährte Lehr- und Nachschlagewerk der Bauphysik wurde für die 8. Auflage aktualisiert und moderat ergänzt; es stellt damit den heutigen Stand der Technik in diesem Bereich dar. Um dem Anspruch eines Studientitels auch weiterhin gerecht zu werden, wurden die Ausführungen zu den unterschiedlichen Themenbereichen auf die Lehrpläne im Fach Bauphysik abgestimmt und – wo es zielführend erschien – vertieft und ergänzt. Neben den wissenschaftlichen Grundlagen und Zusammenhängen sind im Hinblick auf die praktische Anwendung die Inhalte der wesentlichen bauphysikalisch relevanten Normen und Verordnungen in komprimierter Form enthalten.

Table of Contents

Frontmatter

Wärmeschutz

Frontmatter

1. Baulicher Wärmeschutz

Die Gestaltung und der konstruktive Aufbau der Gebäudehülle resultieren aus einer Vielzahl von Einflüssen bzw. Vorgaben wie Standsicherheit, architektonisches Erscheinungsbild oder der Nutzung eines Gebäudes. In den vergangenen Jahrzehnten trat immer mehr die Notwendigkeit der Berücksichtigung klimatischer Verhältnisse in den Vordergrund.

Anton Maas

2. Wärmetransport

Mit der Temperatur kennzeichnet man den thermischen Zustand eines Systems. So wird beispielsweise mit der Raumtemperatur der thermische Zustand der Luft in einem Raum bzw. in einem Gebäude angegeben.

Anton Maas

3. Wärmebrücken

Zu einem guten Wärmeschutz gehören nicht nur hochwärmedämmende Bauteile, sondern auch entsprechende Bauteilanschlüsse. Im Bereich dieser Anschlüsse besteht die Gefahr zusätzlicher Wärmeabflüsse und niedriger raumseitiger Bauteiloberflächentemperaturen während der Heizperiode.

Anton Maas

4. Lüftung

Die Form der Lüftung hat einen entscheidenden Einfluss sowohl auf das thermische Verhalten von Gebäuden als auch auf die Raumluftqualität. Bei der Mehrzahl der heute existierenden Gebäude erfolgt die Lüftung über Fenster und Türen oder andere Öffnungen in der Gebäudehülle.

Anton Maas

5. Wärme- und Energiebilanzen

Infolge der auf Außenbauteile auftreffenden Sonneneinstrahlung können die Wärmesenken vermindert oder Wärmequellen erzielt werden. Für das Fensterglas gilt, dass ein Teil der auf das Glas treffenden Strahlung reflektiert wird, ein Teil der Strahlungsenergie wird absorbiert und trägt zur Erwärmung der Glasscheibe bei.

Anton Maas

6. Instationäres Wärmeverhalten von Bauteilen und Gebäuden

Die Voraussetzungen für den Wärmetransportprozess „stationäre Wärmeleitung“ sind gleichbleibende Temperaturen zu beiden Seiten des Bauteils und die Abwesenheit von Wärmequellen oder -senken innerhalb des Bauteils. Es ist leicht nachvollziehbar, dass bei für ein Bauteil üblichen Randbedingungen diese Voraussetzungen typischerweise nicht gegeben sind.

Anton Maas

7. Bewertung von Maßnahmen zur Heizenergieeinsparung

Eine der großen Aufgaben des Umweltschutzes ist die Senkung der Emissionslasten durch rationelle Energieverwendung bei der Gebäudebeheizung. Insbesondere im Gebäudebestand mit oftmals unzureichender wärmeschutztechnischer Qualität sind hierzu große Potenziale vorhanden.

Anton Maas

8. Wärmeschutztechnische Anforderungen

Die wärmeschutztechnischen Vorschriften im Hochbau wurden in den letzten Jahren wegen der ständig wachsenden Bedeutung des Wärmeschutzes immer umfangreicher und anspruchsvoller hinsichtlich des Anforderungsniveaus.

Anton Maas

Feuchteschutz

Frontmatter

1. Ziele und Strategien des Feuchteschutzes

Der Staat darf durch Vorschriften in das Baugeschehen nur dann eingreifen, wenn eine Gefährdung des Lebens oder der Gesundheit der Menschen oder der Umwelt zu befürchten ist.

Martin Homann

2. Feuchtespeicherung

Luft kann bis zur Sättigung eine begrenzte Menge Wasser in Gasform (Wasserdampf) aufnehmen. Diese Menge ist von der Temperatur Ɵ abhängig, wobei die Aufnahmefähigkeit mit der Temperatur zunimmt (Tabelle 2.1). Auch Luft, die kälter als 0ºC ist, kann noch eine entsprechend kleine Menge Wasserdampf enthalten. Ab 100ºC kann der Wasserdampf einen vorgegebenen Raum völlig ausfüllen, so dass dann im Extremfall nur noch Wasserdampf und gar keine Luft mehr vorliegt.

Martin Homann

3. Feuchtetransport

„Diffusion“ ist das Wandern einzelner sehr kleiner Teilchen (Atome, Ionen, kleine Moleküle), verursacht durch die thermische Eigenbeweglichkeit (Brown’sche Molekularbewegung) dieser kleinen Teilchen. Bei makroskopischer Betrachtung herrscht in dem Medium, in welchem Diffusion stattfindet, anscheinend Bewegungslosigkeit.

Martin Homann

4. Feuchteübergang

Luftbespülten Oberflächen von Bauteilen oder Gewässern haftet eine wenige Millimeter dicke, mehr oder weniger ruhende Luftschicht an, welche Grenzschicht heißt und den Übergang zur Atmosphäre darstellt (Bild 4.1). Feuchtetransport durch diese Grenzschicht hindurch ist nur möglich nach dem Mechanismus der Wasserdampfdiffusion.

Martin Homann

5. Stationärer Feuchtetransport in Bauteilen

Es wird angenommen, dass sich ein Schichtenpaket aus planparallel begrenzten Einzelschichten der Dicken di mit den Diffusionswiderstandszahlen μi zusammensetzt. Der Diffusionsstrom durchdringt das Schichtenpaket senkrecht zu den Schichtebenen und es herrschen stationäre Verhältnisse.

Martin Homann

6. Instationärer Feuchtetransport in Bauteilen

Findet in Räumen eine gleichmäßige Wasserdampfproduktion statt und liegt eine gleich mäßige Durchlüftung vor, hat die relative Luftfeuchte der Raumluft einen bestimmten Wert und die dem Wasserdampf zugänglichen Oberflächen der raumbegrenzenden Bauteile und der Raumausstattung haben einen bestimmten und konstanten Wassergehalt.

Martin Homann

7. Hygrische Beanspruchung von Bauteilen

Definitionsgemäß ist Schwinden bzw. Quellen von Baustoffen die Volumenänderung oder Längenänderung als Folge von Austrocknung bzw. Wasseraufnahme. Die meisten Baustoffe zeigen ein reversibles Quellen und Schwinden als Folge wechselnder Wassergehalte, manche Baustoffe zusätzlich ein irreversibles Anfangsschwinden, wie frisches Holz oder neue zementgebundene Bauteile, wenn sie erstmalig austrocknen.

Martin Homann

Klima

Frontmatter

1. Komponenten des Außenklimas

Das wärme- und feuchtetechnische Verhalten des Gebäudes und der einzelnen Bauwerksteile wird ganzjährig (in Mitteleuropa während der Heizperiode und in der Jahreszeit mit zweit gehend freier Klimatisierung) vom Außenklima maßgeblich beeinflusst.

Peter Häupl

2. Charakterisierung des Raumklimas

Für die hygrothermische Bemessung der Bauteile und Gebäude sind auch die die raumseitigen Klimakomponenten zu quantifizieren. Neben der Eigensicherung des Gebäude dient das Raumklima auch der Gewährleistung der Funktionssicherung, z. B. der Behaglichkeit in Wohn- und Bürobauten oder der Sonderklimate in Produktionshallen, Museen usw. [2], [15], [18], [21], [23], [62], [64]. Auf Schadstoffe und Verunreinigungen in der Raumluft wird hier nicht eingegangen.

Peter Häupl

3. Raumklima bei quasifreier Klimatisierung

Klimatisierung verlangt eine klimagerechte Gestaltung und Konstruktion des Gebäudes. Freie Klimatisierung, bei der sich das Gebäude selbst (autogen) klimatisiert, beruht ausschließlich auf der bauklimatischen Wirksamkeit des Gebäudes und seiner Elemente: einen hinreichenden Wärmewiderstand der Hüllkonstruktion, eine ausreichende Wärme- und Feuchtespeicherwirkung des Baukörpers sowie eine dem Klima angepasste Lüftung.

Peter Häupl

4. Klimagerechtes Bauen

Was versteht man unter Klima? Der Begriff des „Klimas“ kann durchaus unterschiedliche Bedeutungen in sich tragen, wie beispielsweise das soziale, das meteorologische oder das geographische Klima, wobei im Zusammenhang mit Architektur und Baukonstruktionen jedoch letztere üblicherweise gemeint sein wird.

Peter Häupl

Schall

Frontmatter

1. Einführung in die Akustik

Mit Schall bezeichnet man mechanische Schwingungen in einem elastischen Medium. Während in Fluiden nur Druckwellen, auch Longitudinalwellen genannt, möglich sind, gibt es in Festkörpern auch diverse andere Wellenformen wie beispielsweise Biegewellen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeiten sind abhängig vom Wellentyp und dem Medium.

Gerrit Höfker

2. Raumakustik

Sabine [90] erforschte empirisch den Zusammenhang zwischen Volumen, schallabsorbierenden Flächen und dem Nachhall im Raum. Zur Quantifizierung des Nachhalls legte er die Zeitspanne fest, in der die Schallenergie im Raum nach Abschalten einer Schallquelle auf den millionsten Teil seines Anfangswertes abklingt. Dies entspricht einem Pegelabfall von 60 dB.

Gerrit Höfker

3. Bauakustik

Die Schalldämmung, also die Transmission des Schalls durch Trennbauteile, wird durch den Transmissionsgrad τ beschrieben, der das Verhältnis der vom Bauteil abgestrahlten Schallleistung P2 zur auftreffenden Schallleistung P1 auf das Bauteil angibt.

Gerrit Höfker

4. Schall aus Anlagen der Gebäudetechnik

Durch den Betrieb von Maschinen und Aggregaten innerhalb eines Gebäudes werden am Aufstellort Schwingungen in den Baukörper eingeleitet und von dort als Körperschall weitergeleitet, was in anderen Gebäudeteilen zu störenden Vibrationen oder Luftschallemissionen führt. Besondere Bedeutung kommt bei Maschinen mit drehenden Anlagenteilen der Drehzahl zu, die direkt in die Betriebsfrequenz f umgerechnet werden kann.

Gerrit Höfker

5. Schallimmissionsschutz

Das Teilgebiet Schallimmissionsschutz beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten der Entstehung, der Ausbreitung und des Empfangs von Schall im Freien. In Deutschland existieren zahlreiche Rechtsvorschriften und Regelwerke zu dieser Thematik, die im Rahmen eines Lehrbuchs für Bauphysik nur angerissen und kurz vorgestellt werden können.

Christian Nocke

Licht

Frontmatter

1. Einführung

Die Beleuchtung von Räumen für uns Menschen ist eine physiologische Notwendigkeit, welche am Tage am besten mit dem Licht der Sonne erreicht wird, nachts mit künstlichen Lichtquellen. Eine Grundbeleuchtung mit Tageslicht wäre schon durch eine Öffnung in einer Behausung gegeben, die Grundbeleuchtung nachts mit einem Feuer.

Christian Kölzow

2. Grundlagen

Licht ist elektromagnetische Strahlung, gewichtet mit der spektralen Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges (s. Abb. 2.5). Die Einbettung in das elektromagnetische Frequenzspektrum zeigt die Tabelle.

Christian Kölzow

3. Tageslicht

Bei der Planung von Gebäuden mit Tagesbeleuchtung geht es immer um zwei Schwerpunkte, die Beleuchtungssituation bei bedecktem Himmel und die bei Besonnung. Entsprechend unterschiedlich sind auch die zugehörigen Planungswerkzeuge und Berechnungsmethoden.

Christian Kölzow

4. Kunstlicht

Künstliches Licht ist rein sprachlich der Gegenpart zu natürlichem Licht, als welches gemeinhin das Tageslicht bezeichnet wird. Es ist also das Licht, welches wir zunächst zum Sehen in der Nacht erzeugen, einschl. Feuer, Kerzen etc., dem auch ‚natürliche‘ Prozesse im Sinne von physikalischen zugrunde liegen.

Christian Kölzow

5. Lichttechnische Messungen

Gemessen wird immer der Photostrom einer Diode, welcher verstärkt und ggf. mittels A/DWandler digitalisiert wird.

Christian Kölzow

6. Lichtregelung

Die Begriffe Steuerung und Regelung werden oft miteinander verwechselt. Werden beispielsweise nach einem fest in ein Steuerungselement eingegebenen Zeitplan Einstellungen des Kunstlichts oder von Licht- und Sonnenschutzanlagen vorgegeben, handelt es sich um eine Steuerung.

Christian Kölzow

Brand

Frontmatter

1. Einführung

Wohl von Anbeginn war die Menschheit fasziniert von der Naturerscheinung Feuer. Sie lernte es schätzen, nutzen, fürchten, und sie versuchte, sich vor ihm zu schützen. Trotzdem weisen Brandschadenstatistiken noch immer steigende Tendenz auf, und schon deshalb ist eine bessere Kenntnis der Brandschutzmöglichkeiten bei allen am Bau Beteiligten wünschenswert.

Olaf Riese

2. Ordnungen und Normen

In der Bundesrepublik Deutschland liegt die Regelung des vorbeugenden baulichen Brandschutzes in der Hoheit der Länder, die sich in Zusammenarbeit mit dem Bund darum bemühen, in Musterentwürfen möglichst einheitliche Anforderungen zu formulieren.

Olaf Riese

3. Grundlagen des Brandes, Verlauf

Grundsätzlich sind vier Bedingungen für die Entstehung eines Brandes zu erfüllen. Es muss ein brennbarer Stoff vorhanden sein, eine ausreichende Menge Sauerstoff und eine ausreichend hohe Zündenergie bzw. Zündtemperatur. Liegt ein ausreichendes Mischungsverhältnis vor, kommt es zur Entzündung und ein Übergang zum offenen Brand ist wahrscheinlich.

Olaf Riese

4. Mechanische und thermische Hochtemperatureigenschaften der Baustoffe

Die Kennwerte für das mechanische und thermische Verhalten der Baustoffe sind temperaturabhängig. Das gilt in besonderem Maße für die mechanischen Eigenschaften, aber auch die Veränderung der thermischen Eigenschaften muss berücksichtigt werden.

Olaf Riese

5. Brandverhalten von Bauteilen

Olaf Riese

6. Ergänzende Maßnahmen

Durch eine Reihe von Maßnahmen, die den vorbeugenden baulichen Brandschutz, der durch feuerwiderstandsfähige Ausbildung der Bauteile gewährleistet wird, ergänzen, kann der Entstehung und vor allem der Ausbreitung von Schadenfeuern wirksam begegnet werden.

Olaf Riese

7. Brandnebenwirkungen

Als Brandnebenwirkung werden neben der Wirkung von Temperaturen und Wärmeströmen, die Wirkung von Rauch und Gasen bezeichnet, die bei der Verbrennung von Brandgut entstehen. Diese können mit unterschiedlicher Konsequenz entscheiden Einfluss auf die Bauteile im Gebäude aber auch auf Personen haben, die sich im Brandfall noch im Gebäude befinden.

Olaf Riese

8. Mathematische Brandmodelle

Mathematische Brandmodelle gewinnen im Rahmen von Ingenieurmethoden eine wachsende Aufmerksamkeit.

Olaf Riese

Backmatter

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