BAUPHYSIK Aufgaben Wärmeschutz

Prof. Dr. Elmar MüllerHorsche
Fakultät AW
HSA
BAUPHYSIK
Aufgaben Wärmeschutz
Lektion
Aufgabe
Erläutern
Sie
die
Kelvinund
die
Celsius-Temperaturskala
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Erläutern Sie den Begriff Wärmemenge. Einheit?
Was sind Wärmeströme? Einheit?
Wodurch kommen Wärmeströme zustande?
Was bedeutet Wärmeleitfähigkeitsgruppe 035?
Ist Luft ein guter oder schlechter Wärmeleiter?
Bei welchen Anordnungen addieren sich die Wärmedurchlasswiderstände?
Wie kann man das Temperaturprofil in einer Schichtfolge grafisch bestimmen?
Die Skizze zeigt die Temperaturverteilung in
einer Wand. Die Wärmestromdichte betrage
25W/m2.  von Schicht 2? 0,05
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Welche physikalischen Phänomene bestimmen den Wärmeübergangswiderstand an der
Außenoberfläche?
Was passiert mit dem Wärmeübergangswiderstand, wenn eine vertikale Luft- oder Gasschicht
immer dicker wird?
Wo spielen solche Schichten eine wichtige Rolle?
Welche physikalischen Wellen sind für die Wärmestrahlung verantwortlich?
Wie groß ist deren Wellenlänge? Wovon hängt sie ab?
Heizkörper sind oft weiß gestrichen. Strahlen sie aufgrund der Farbe eher gut oder eher schlecht
ab?
In welchem Bereich sollen sie gut abstrahlen?
Beim Aufdimmen einer Halogenlampe ändert sich die abgestrahlte Farbe: dunkelrot, orange,
weiß, blauweiß, schwarz. Geben Sie eine physikalische Erklärung.
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Aufgaben Wärmeschutz
Lektion
Aufgabe
Erläutern Sie die Begriffe: Wärmedurchlasswiderstand, Wärmeübergangswiderstand,
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Wärmedurchgangskoeffizient
Es wurden folgende Temperaturen für eine Außenwand in einem Wohnraum gemessen: Luft
innen 14.0°C, Wand innen 10.5°C, Luft außen -5.0°C. U-Wert der Wand? (nehmen Sie Standard2
Übergangskoeffizienten an) 1.42W/m K
Wie groß ist der Wärmedurchgangskoeffizient einer dünnen Folie, eines Bleches etc? Ab welcher
Dicke spielt die Wärmeleitfähigkeit von Glas eine Rolle beim U-Wert der Einzelscheibe?
U
1
1

 5,88
RT Rsi  Rse
RGlas 
d

 Rsi  Rse  0,17
d  14cm
Welche Dämmschichtdicke ist bei
nebenstehendender Außenwand erforderlich,
damit sich ein U-Wert von 0,35 ergibt? 10cm
20
16,1°C
Gefach
-13,8°C
100
2,8°C
Stütze
-9,7°C
20
100
Betrachte eine 2,5m hohe und 2,2m breite Außenmauer in Skelettbauweise (inhomogenes
Bauteil! Gefach: Gasbeton =0,2 Stütze Beton  =2,1)
a)
b)
c)
d)
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oberer und unterer Grenzwert des Wärmedurchgangswiderstandes (R T‘ 0,893, RT‘‘ 0,707)
U-Wert 1,25
Gesamtwärmeverlust  durch die Wand bei i=20°C, e=-15°C 240,6W
si und se für Stütze und Wand
In welchen Zeiträumen spielen sich instationäre Wärmetransportvorgänge am Bau ab?
Ist die oft gemachte Annahme stätionärer Zustände beim Wärmeschutz realistisch?
Geben Sie Beispiele für instationäre Wärmeleitungsvorgänge. Wie kann man diese ausnutzen?
Wir besuchen einen schalltoten Raum. Er ist perfekt wärmegedämmt, die Körperwärme soll
lediglich die Luft aufheizen. Welcher Temperaturanstieg ergibt sich? (80m3, 35 Personen,
70W/Pers.) 1,53K/min
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Lektion
Geben Sie Beispiele für Wärmebrücken
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Aufgaben Wärmeschutz
Aufgabe
Was macht Wärmebrücken am Bau so gefährlich?
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Glas lässt bekanntlich Licht durch. Diskutieren Sie an diesem Beispiel die Begriffe Transmission,
Absorption und Reflexion in den verschiedenen Wellenlängenbereichen und erläutern Sie die
jeweilige Relevanz im Bauwesen.
Wovon hängt die Wärmeleitfähigkeit von Gasen ab? Wo spielt dies im Bauwesen eine Rolle?
Wodurch kann man das Reflexions- und Emissionsvermögen von Glasscheiben beinflussen?
Betrachte eine Isolierverglasung aus 2 Glasscheiben (Rglas0) und dazwischen liegendem Luftspalt.
U=3.0, glas=0.9, i=20°C, e=0°C.
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a) q, Temperaturen der Glasscheiben? 60W/m , 12,2°C, 2,4°C
b) Welcher Anteil von q wird im Luftspalt durch Strahlung transportiert? 40,3W
c) Wie wird der Restanteil transportiert? Wärmeleitung und Konvektion
d) Die Innenscheibe wird nun IR-verspiegelt. Ihre Temperatur steigt um 2,5°C. Neues U? 2,04
e) IR? (rest im Luftspalt bleibe wie vor Verspiegelung) 23%
Für die geg. Situation ist der
Wärmestrom durch Strahlung zu
berechnen C12=0,040 r=0,266
q=13,3
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Was versteht man unter Heizgradtagezahl?
Wie werden Wärmebrücken in der EnEV berücksichtigt?
Betrachte Raum (Außenwand 4x2,5m, U=0,40, Tiefe 4,7m) mit 40% Fensteranteil (U=3,0 g=77%).
Die Innenräume sind mit Luftwechsel n=0.8 1/h klimatisiert auf i=22°C. e=20°C, mittlere
Sonneneinstrahlung sei 200W/m2. Im Raum arbeiten 3 Personen (leicht erregt, da Windows
wieder mal nicht anständig läuft: je 125W) an 3 PCs (je 100W)
a) Wärmeverluste durch Transmission und Lüftung (ohne Befeuchtung, c luft=1kJ/kgK, luft=1,2)?
Fenster 24,0W, Lüftung 25,1W Wand 4,8W
b) Wärmegewinne intern und solar? 675W + 616W
c) von Klimaanlage abzuführende Wärmemenge pro Stunde? 1237W
d) Kühlanlage fällt aus. Wie hoch steigt i? 67,9°C
e) Kühlanlage fällt aus. Lüftung wird erhöht: n=5. Wie hoch steigt i? 33,9°C
f) Kühlanlage fällt aus. Lüftung n=0.8. Vorhänge werden zugezogen (Fc=0.4). i? 53,9°C
g) Kühlanlage fällt aus. Lüftung n=5. Vorhänge werden zugezogen (Fc=0.4). i? 29,8°C
Wie ändern sich die Monatswerte für den Heizwärmebedarf im Beispiel EnEV2014.xls, wenn
anstelle von Massivbau Holzbau angenommen wird? Welcher Unterschied kommt in der
Jahresbilanz zustande? 8245 →8789 kWh
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Aufgaben Wärmeschutz
Lektion
Aufgabe
Erläutern Sie den Begriff: 3Liter Haus. Vergleichen Sie mit der EnEV. Machbar?
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Wie werden in der EnEV solare Wärmegewinne berücksichtigt? Wie kommen sie zustande?
Eine Außenwand bestehe aus 15cm Beton (=2,1) und 3cm Hartschaum-Außendämmung (035).
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i=22°C, e=-15°C, Sonneneinstrahlung 400W/m .
a) man misst bei dunkler Oberfläche se=1.5°C. Wie groß ist qise durch die Wand? 19,4W/m2
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b) wie groß ist qsee bei Standardwert Rse=0.04? 412,5W/m
c) wie muß die Wärmebilanz an der Außenoberfläche aussehen (stationäres Gleichgewicht)?
Welcher Prozentsatz der Sonnenstrahlung wird absorbiert und reflektiert? 98% Absorption
d) wie ändert sich se bei hellem Anstrich mit Absorptionsfaktor 0,4? –7,5°C
Berechnen Sie in Excel den U-Wert einer Zwischensparrendämmung wie in diesem Arbeitsblatt
auf Seite 1, nur mit folgenden Änderungen:
 Dämmschichtdicke 0 … 14 cm
 WLG Dämmschicht 020
 -Sparren = 0,15 W/(m·K)
 Rsi = Rse = 0,10 (Wärmestrom nach oben, hinterlüftetes Dach)
Ab welcher Dämmschichtdicke werden die Anforderungen der EnEV 2014 für Sanierung
eingehalten? 11 cm
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