Forschungsprojekte


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Schleusenbau

Prüfung raumklimatischer Anforderungen an Betriebsräume von Wasserbauwerken - Hygrothermische Bauteil- und Raumklimasimulation für die Planung der Schleusenneubaumaßnahmen in Erlangen und Kriegenbrunn

Assessment of indoor climate requirements to technical rooms of hydraulic structures - Coupled hygrothermal simulation of building construction and indoor climate conditions for the project of new watergates in Erlangen and Kriegenbrunn

Basisdaten

  • Status: Abgeschlossen
  • Institut: Institut für Bauklimatik
  • Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. John Grunewald
  • Bearbeiter: Martin Pohl
  • Finanzierungstyp: wirt.
  • Fördermittelgeber: Wasserstraßen-Neubauamt Aschaffenburg (WBA)
  • Programm: Auftragsforschung (AF)
  • Förderkennzeichen: PZÄ;GMK-Korr. erl.;RM-UB F-001737
  • Zeitraum: 01.02.2016 - 31.12.2017

Forschungsfelder/-themen

  • Anlagentechnik
    • Heizungsanlagen
    • Natürliche & mechanische Lüftung
    • Wärmepumpen
  • Baumaterialien
    • Bauteilsimulation
    • Hygrothermische Materialeigenschaften
    • Oberflächeneigenschaften
    • Raumklimatische Wirkungen
    • Riss- und Haltbarkeitseigenschaften
    • Schimmel und Algen
    • Trocknungsverhalten
  • Gebäudehülle
    • Mikroklima auf Bauteiloberflächen
    • Randbedingungen und Grenzschichten
    • Stoff- und Wärmeübergang

Zusammenfassung

Für unterirdische Betriebsräume in Wasserbauwerken gelten die in Normen und Regeln definierten Grenzwerte für das Raumklima nur eingeschränkt. Diese waren zu überprüfen bzw. neu zu definieren. Die auf das Raumklima einwirkenden physikalischen Größen wurden mit Hilfe dynamischer Simulationen berechnet. Besonderes Interesse galt den zu erwartenden Feuchtestromdichten durch die Stahlbetonbauteile (mit Wandstärken über 7 m), ihr Austrocknungsverhalten und der Schimmelwahrscheinlichkeit auf den Oberflächen. Die wirkenden hygrothermischen Prozesse in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften, Raumklimabedingungen und äußere Belastungen konnten nur mit einer Software modelliert werden, die eine Diskretisierung der massiven Bauteile erlaubt. Über eine Kopplung von DELPHIN-Simulationen an Raumklimasimulationen mit EnergyPlus ließen sich alle wesentlichen Zusammenhänge zwischen Konstruktion und Raumklima erfassen.

Kooperationspartner

Projektverlauf

Zunächst wurden vorgegebene Raumklimaanforderungen überprüft und ggf. neu definiert. Die Grenzwerte für die relative Feuchte hängen aber mit den physikalischen Prozessen in den Außenbauteilen, den äußeren Belastungen und den Raumklimabedingungen zusammen. Deshalb wurde zunächst ein 3D-Gebäudemodell aufgesetzt und die Konstruktionen umschließender Bauteile in EnergyPlus eingegeben. Mit DELPHIN wurden hygrothermische Bauteilsimulationen für 4 Wandtypen unter Einfluss des Außenklimas, Daten nach dem Testreferenzjahr (TRY) für den Standort, sowie Randbedingungen der Temperatur und Feuchte im Erdreich bzw. im wassergefüllten Schleusenbecken modelliert. Der VTT-Index nach Viitanen diente als Indikator für zu erwartendes Schimmelpilzwachstum und zur Festlegung maximal möglicher Raumluftfeuchten. Die sich daraus ergebenden Feuchtestromdichten durch die Außenwände wurden in das 3D-Modell zurückgekoppelt. So konnten Auslegungsparameter für die RLT-Anlage, wie notwendige Heiz- und Kühllasten sowie die Luftvolumenströme und Entfeuchtungsleistungen berechnet werden.

Ergebnisse

Unterirdische Betriebsräume von Wasserbauwerken sollten im Winter auf mindestens 7,5°C beheizt werden, um ein ausreichendes Trocknungpotenzial und Frostfreiheit sicherzustellen. Damit auf alkalischen Betonoberflächen Schimmelpilze vermieden werden können, darf die relative Raumluftfeuchte 90% rel.F. nicht überschreiten. Bei hohen Feuchtelasten sind 80% rel.F. einzuhalten. Für vier unterschiedliche Wandtypen wurden zu erwartende Feuchtestromdichten berechnet: Im Einflussbereich von Erdfeuchte ist dauerhaft mit ca. 0,5h/(m²h) zu rechnen, im Grundwasser hingegen je nach Wandstärke (2,5 und 4,0m) mit 1,3 bis 2,1 g/(m²h). Bei relativ schmalen und dem Druck des Schleusenwassers direkt ausgesetzten Wänden (1,2m) sind es sogar 19 g/(m²h). Es wurde gezeigt, dass in diesen Räumen RLT-Anlagen mit Beheizungs- und Entfeuchtungsfunktion unverzichtbar sind. Die Simulationen ergaben Auslegungsparameter für die RLT-Anlagen, wie Heiz- und Kühllasten, Luftvolumenströme und Entfeuchtungsleistung bildeten die Grundlage einer weiteren Planung der Technischen Anlagen für die Schleusenneubauten in Erlangen und Kriegenbrunn.

Berichte

Publikationen

Abschlussarbeiten

Bilder