Lehrbuch der Bauphysik

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.

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.

Zu einem guten Wärmeschutz gehören nicht nur hochwärmedämmende Bauteile, sondern auch entsprechende Bauteilanschlüsse.

Die Form der Lüftung hat einen entscheidenden Einfluss sowohl auf das thermische Verhalten von Gebäuden als auch auf die Raumluftqualität.

Infolge der auf Außenbauteile auftreffenden Sonneneinstrahlung können die Wärmesenken vermindert oder Wärmequellen erzielt werden.

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. Im Verlaufe des Tages ändern sich die äußeren und inneren Randbedingungen für ein Bauteil sowohl im Winter als auch im Sommer. Bild 6-1 stellt die Einflussgrößen auf das Wärmeverhalten eines Bauteils schematisch zusammen.

Eine der großen Aufgaben des Umweltschutzes ist die Senkung der Emissionslasten durch rationelle Energieverwendung bei der Gebäudebeheizung.

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

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.

Luft kann bis zur Sättigung eine begrenzte Menge Wasser in Gasform (Wasserdampf) aufnehmen.

„Diffusion“ ist das Wandern einzelner sehr kleiner Teilchen (Atome, Ionen, kleine Moleküle), verursacht durch die thermische Eigenbeweglichkeit (Brown’sche Molekularbewegung) dieser kleinen Teilchen.

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).

Es wird angenommen, dass sich ein Schichtenpaket aus planparallel begrenzten Einzelschichten der Dicken di mit den Diffusionswiderstandszahlen µ

i

zusammensetzt.

Im allgemeinen Fall sind bei Feuchtebewegungen in Bauteilen die Transportmechanismen Wasserdampfdiffusion und kapillarer Wassertransport gleichzeitig wirksam, die Feuchtespeicherung erfolgt adsorptiv und durch Kapillarkondensation, das Bauteil setzt sich aus Schichten verschiedener Baustoffe zusammen und Wassergehalt sowie Temperatur im Bauteil und die Randbedingungen an den Bauteiloberflächen sind ausgeprägt instationär.

Definitionsgemäß ist Schwinden bzw. Quellen von Baustoffen die Volumenänderung oder Längenänderung als Folge von Austrocknung bzw. Wasseraufnahme.

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

Für die hygrothermische Bemessung der Bauteile und Gebäude sind auch die die raumseitigen Klimakomponenten zu quantifizieren.

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.

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.

Mit Schall bezeichnet man mechanische Schwingungen in einem elastischen Medium. Während in Fluiden nur Druckwellen, auch Longitudinalwellen genannt, müglich sind, gibt es in Festkürpern auch diverse andere Wellenformen wie beispielsweise Biegewellen.

Wallace Clement Sabine [95] erforschte empirisch den Zusammenhang zwischen Volumen, schallabsorbierenden Flächen und dem Nachhall im Raum.

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

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.

Das Teilgebiet Schallimmissionsschutz beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten der Entstehung, der Ausbreitung und des Empfangs von Schall im Freien.

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.

Licht ist elektromagnetische Strahlung, gewichtet mit der

spektralen Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges

(s. Abb. 2-5).

Bei der Planung von Gebäuden mit Tagesbeleuchtung geht es immer um zwei Schwerpunkte, die Beleuchtungssituation bei bedecktem Himmel und die bei Besonnung.

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.

Gemessen wird immer der Photostrom einer Diode, welcher verstärkt und ggf. digitalisiert wird.

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.

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.

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.

Grundsätzlich sind drei 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.

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.

Das Brandverhalten von Bauteilen ist abhängig von:

der Brandbeanspruchung (Wärme- bzw. Temperaturbeaufschlagung),

der Erwärmung des Querschnitts (Querschnittabmessungen),

der gleichzeitig wirkenden mechanischen Beanspruchung,

den statischen Bedingungen,

den temperaturabhängig veränderlichen Baustoffkennwerten.

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.

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.

Mathematische Brandmodelle gewinnen im Rahmen von Ingenieurmethoden eine wachsende Aufmerksamkeit. Grundsätzlich lassen sich drei Gruppen von mathematischen Brandsimulationsmodellen unterscheiden:

Empirisch belegte Ansätze, bzw. Handrechenformel

Zonenmodelle bzw. Mehrzonenmodelle,

Feldmodelle bzw. Computational Fluid Dynamics (CFD) Modelle