\nTechnische Universit\u00e4t Graz, Institut f\u00fcr Hochbau, Lessingstra\u00dfe 25, 8010 Graz<\/em>
\n Graz, am 17. M\u00e4rz 2018<\/em><\/td>\n
![\"\"](\"http:\/\/www.htflux.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2018\/07\/Betonkernaktivierung.png\")
<\/a><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\nKurzfassung<\/h2>\n
Die Anforderungen an k\u00fcnftige Systeme zur Temperierung von R\u00e4umen nehmen stets zu. Eine Methode mit der sowohl Heizen als auch K\u00fchlen unter geringerem Energieverbrauch m\u00f6glich ist, ist die Betonkernaktivierung f\u00fcr Deckensysteme. Durch verschiedene station\u00e4re sowie instation\u00e4re Simulationen wurden 6 verschiedene Parameter wie Rohrdurchmesser, Achsabstand, H\u00f6henlage der Rohre, verschiedene Materialien, das Aufbringen einer Putzschicht und verschiedene Deckenst\u00e4rken untersucht, die f\u00fcr eine Realisierung der Betonkernaktivierung in Fertigteilbauweise bauphysikalisch relevant sind und diese thermisch beeinflussen. Anhand eines Regelquerschnitts wurden Temperatur und Kennliniensteigung, welche ein Indikator f\u00fcr die W\u00e4rmeabgabeleistung des Systems sind, bestimmt und ausgewertet. Insgesamt sind 576 station\u00e4re Berechnungen durchgef\u00fchrt und jeder einzelne Parameter mit zumindest einem anderen verglichen worden, um auftretende und sich beeinflussende Effekte besser darstellen zu k\u00f6nnen. F\u00fcr die Berechnung der instation\u00e4ren Ergebnisse sind 108 verschiedene Simulationen mit unterschiedlichen zeitabh\u00e4ngigen Temperaturkurven erstellt worden, dadurch sind 51840 verschiedene Ergebnisse erhalten worden. Die Berechnungen wurden mit der Software HTflux<\/strong> <\/span>durchgef\u00fchrt. Die weiteren Ergebnisse sind in der Diplomarbeit \u201eBetonkernaktivierung f\u00fcr Deckensysteme in Fertigteilbauweise\u201c an der TU Graz nachzulesen.<\/p>\n Die Anwendung von betonkernaktivierten Deckensystemen werden f\u00fcr k\u00fcnftige Generationen im Sinne von \u201eSmart City\u201c in den Vordergrund r\u00fccken. Ein niedrig Energie-System in den ohnehin g\u00e4ngig verbreiteten massiv ausgef\u00fchrten Gescho\u00dfdecken zu integrieren, und gleichzeitig die M\u00f6glichkeit zu haben, Heizen und K\u00fchlen mit einem System zu vollziehen, macht diese Idee noch interessanter. Um diese Systeme optimal in die Wirtschaft und dabei nachhaltig zu integrieren, ist es notwendig, genaueste Kenntnis \u00fcber das bauphysikalische Verhalten zu haben. Es wurden bereits einige interessante Arbeiten zu diesem Thema ver\u00f6ffentlicht. Forschungen von Professor Krec wie in [1;2] etwa behandeln das thermische Verhalten einer betonkernaktivierten Decke unter Ber\u00fccksichtigung verschiedener Parameter. Aufbauend auf den vorhandenen Erkenntnissen, wurde die Berechnungsmethode mit den bestehenden Ergebnissen verglichen und verfeinert und neue Parameter untersucht, wie etwa verschiedene Deckenst\u00e4rken und Materialien. Durch diese Untersuchungen wird das gro\u00dfe Potential eines betonkernaktivierten Deckensystems aufgezeigt und weiter entschl\u00fcsselt.<\/p>\n F\u00fcr die Berechnung und den Vergleich der Parameter wurde mit der Software HTflux<\/strong> <\/span>gearbeitet. Der entscheidende zu untersuchende Wert war die Kennliniensteigung (vgl. in anderen Literaturen: \u201ethermischer Leitwert\u201c). Durch Eingabe eines Muster Konstruktionsaufbaus f\u00fcr das reale Bauprojekt \u201eBlue-Living\u201c in Gr\u00f6dig bei Salzburg, wurde ein Aufbau definiert, anhand dessen man die Vergleiche anstellen konnte. Neben der Definition von W\u00e4rme\u00fcbergangswiderst\u00e4nden \u00a0nach [3] und [4] an den Grenzfl\u00e4chen zu den umgebenden Rauminnentemperaturen nach [5] und [6] war die Eingabe der Materialien und ihrer Eigenschaften n\u00f6tig (siehe Tabelle 1).<\/p>\n F\u00fcr die Eingabe eines PEX \u2013 Rohrs, das als interne W\u00e4rmequelle verwendet wurde, wurde ein vernetzter Polyethylen Kreisring mit einer Wandst\u00e4rke von 2 mm eingegeben, dem Inneren des Rohrs wurde Wasser zugewiesen.<\/em><\/p>\n Die untersuchten Parameter wurden wie folgt definiert:<\/p>\n Die hier erw\u00e4hnten Parameter wurden so gew\u00e4hlt, damit sie f\u00fcr Deckensysteme in Fertigteilbauweise angewendet werden k\u00f6nnen, die gewonnenen Erkenntnisse gelten aber gleicherma\u00dfen f\u00fcr Ortbetonl\u00f6sungen. Besonderes Augenmerk wurde auf die Untersuchung der H\u00f6henlage der Rohrregister im Querschnitt gelegt. Deswegen wurde der Parameter mit vier verschiedenen H\u00f6henpositionen untersucht.<\/p>\n Da aufgrund des Konstruktionsaufbaus und hier prim\u00e4r wegen der Sch\u00fcttung und der Trittschalld\u00e4mmung kaum ein W\u00e4rmestrom in den dar\u00fcber liegenden Raum erwartet und durch die Ergebnisse best\u00e4tigt wurde, kann von einem Deckenheiz- bzw. Strahlungsheizsystem gesprochen werden. Es wurde aber wie bereits erw\u00e4hnt nicht nur ein Heizbetrieb sondern auch eine K\u00fchlung untersucht.<\/p>\n Zuerst wurde ein station\u00e4rer Zustand untersucht. Dabei wurden s\u00e4mtliche Parameter f\u00fcr jede Simulation angepasst und ver\u00e4ndert. Es wurden 576 verschiedene Ergebnisse f\u00fcr diese Berechnungsmethode erhalten.<\/p>\n Da f\u00fcr einen umfassenden \u00dcberblick auch das zeitabh\u00e4ngige Verhalten der einzelnen Parameter von Interesse war, wurden instation\u00e4re Simulationen durchgef\u00fchrt. Dabei wurde ein zw\u00f6lfst\u00fcndiger zyklischer Aufheiz-, bzw. Abk\u00fchlvorgang simuliert. \u00dcberdies wurde untersucht, wie viel Zeit notwendig war, um das Ergebnis der station\u00e4ren Simulation bei durchgehendem Anschalten der Heiz, bzw. K\u00fchlquelle zu erreichen. Als weitere instation\u00e4re Simulation wurden die Speichereigenschaften des Konstruktionsaufbaus untersucht und simuliert, wie lange der Querschnitt ben\u00f6tigt, um vollst\u00e4ndig abzuk\u00fchlen bzw. aufzuw\u00e4rmen.<\/p>\n Um eine m\u00f6glichst \u00fcbersichtliche Darstellung der Ergebnisse zu gew\u00e4hrleisten und dabei auf die Abh\u00e4ngigkeit der einzelnen Parameter zueinander einzugehen, wurden zwei Grafiken erstellt, anhand derer man alle Auswirkungen der station\u00e4ren Simulation ablesen konnte.<\/p>\n Abb. 1 – Station\u00e4res Ergebnis Heizbetrieb \u2013 Leichtbeton mit Rohrdurchmesser 17 mm<\/p><\/div>\n In Abbildung 1 sind die Ergebnisse f\u00fcr den Heizbetrieb der Simulation f\u00fcr Leichtbeton mit einem Rohrdurchmesser von 17 mm dargestellt. Die Abszisse zeigt die H\u00f6henlage der Rohrregister, die Ordinate die Kennliniensteigung. Die verschiedenen Farben stellen die verschiedenen Deckenst\u00e4rken dar. Abzulesen sind die unterschiedlichen Ergebnisse f\u00fcr den Achsabstand von 15 bzw. 20 cm, die Unterschiede von verschiedenen Deckenst\u00e4rken, die Differenzen einer verputzten und unverputzten Stahlbetonuntersicht, sowie die H\u00f6henlage im Querschnitt. Die Ergebnisse zeigten, dass bei geringer Deckungslage, geringem Achsabstand und unverputzter Untersicht die h\u00f6chsten Werte f\u00fcr die Kennliniensteigung erzielt wurden. Bei geringer Deckungslage (3 bzw. 5 cm oberhalb der Stahlbetonoberkante) ist es unwesentlich, welche Deckenst\u00e4rke betrachtet wurde. Bei hoher \u00dcberdeckung wurde der niedrigste Wert f\u00fcr eine 30 cm starke, verputzte Decke, mit einem Rohrachsabstand von 20 cm errechnet.<\/p>\n Abb. 2 \u2013 Station\u00e4res Ergebnis Heizbetrieb \u2013 22 cm hoher STB-Querschnitt mit Rohrachsabstand 15 cm mit Putz<\/p><\/div>\n In Abbildung 2 sind zus\u00e4tzlich zu den bereits bekannten Ergebnissen der H\u00f6henlage die Materialien und die Durchmesser miteinander verglichen worden. Es zeigte sich, dass sich durch die Ver\u00e4nderung der Materialien dieselben Unterschiede einstellten. Das Anpassen des Rohrdurchmessers hatte hingegen kaum Auswirkungen. Die H\u00f6henlage zeigte wieder, dass f\u00fcr alle Materialien und Betrachtung die geringsten Werte f\u00fcr die Kennliniensteigung f\u00fcr die h\u00f6chste Deckungslage errechnet wurden.<\/p>\n Abb. 3 – Ergebnisdarstellung Heizbetrieb Materialien Zyklus On\/Off \u2013 22 cm Deckenst\u00e4rke, Rohrdurchmesser 17 mm, Rohrachsabstand 15 cm, mit Putz, 3 cm Betondeckung<\/p><\/div>\n Die zeitabh\u00e4ngigen Ergebnisse (siehe Abbildung 3) f\u00fcr die Materialien zeigten, dass bei der zyklischen Betrachtung der Variante UHPC h\u00f6here Werte f\u00fcr die Kennliniensteigung aufwies als die der anderen Materialien. Gleichzeitig wurde deutlich, dass das Abk\u00fchlen bei UHPC schneller von statten geht als bei Normalbeton und Leichtbeton.<\/p>\n Die Ergebnisse zeigten, dass die Ver\u00e4nderung der Parameter teilweise eindeutige Unterschiede der Werte f\u00fcr die Kennliniensteigung und teilweise kaum merkbare mit sich brachten. Das Ver\u00e4ndern des Rohrdurchmessers hatte wenig Auswirkung, was auf das geringe Voluminaverh\u00e4ltnis von Rohrdurchmesser zu Stahlbetonquerschnitt zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Im Mittel wurde ein Unterschied von 2,53 % f\u00fcr die station\u00e4re Betrachtung errechnet. Die instation\u00e4ren Simulationen offenbarten ebenfalls keine gro\u00dfen Differenzen zwischen den Rohrdurchmessern. Die Achsabst\u00e4nde zeigten die bereits bekannten und erwarteten deutlichen Unterschiede. Das Aufbringen einer Putzschicht hatte einen nicht zu vernachl\u00e4ssigbaren Einfluss auf das thermische Gesamtverhalten. Im Mittel ergab sich f\u00fcr den station\u00e4ren Fall ein prozentualer Unterschied von 7,09 %. Aus den instation\u00e4ren Simulationen gingen \u00e4hnliche Erkenntnisse hervor. F\u00fcr die zyklische Betrachtung wurden bei einer unverputzten Deckenuntersicht im Maximalbereich um 6,69 % geringere Abgabeleistungen erzielt, als bei einer verputzten. Beim Aufheizvorgang wurde ersichtlich, dass sich durch das Aufbringen einer Putzschicht das System tr\u00e4ger verhielt. Beim Abk\u00fchlvorgang zeigten sich auch positive Eigenschaften einer Putzschicht wie beispielsweise, dass die W\u00e4rme langsamer an den untenliegenden Raum abgegeben wurde. Die Ver\u00e4nderung der Materialien machte deutlich, dass die thermischen Eigenschaften der verschiedenen Betonsorten einen gro\u00dfen Einfluss auf das Verhalten haben. Im Mittel wurde eine Differenz von Normalbeton zu Leichtbeton von 43,31 % errechnet, zwischen Normalbeton und UHPC betrug dieser Unterschied immerhin noch 12,88 %. Bei identen Deckungslagen zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Deckenst\u00e4rken, im Mittel errechnete sich ein Unterschied von 0,06 %. F\u00fcr hohe Deckungslagen ergab sich eine mittlere Differenz von 5,05 %. Bei hohen Deckungslagen, und damit unterschiedlichen H\u00f6henpositionen im Querschnitt, wurde einerseits die speicherwirksame Masse des Betons bei h\u00f6heren Querschnitten deutlich und andererseits die geringeren m\u00f6glichen Werte f\u00fcr die Kennliniensteigung. Eine Realisierung eines Deckensystems als Fertigteilbauweise bei gleichzeitigem Einlegen der Rohrregister bereits im Halbfertigteilfabrikat und der damit notwendigen geringen Deckungslage erwies sich in vielen betrachteten F\u00e4llen als g\u00fcnstig. F\u00fcr hohe Deckungslagen wurden deutlich niedrigere Werte errechnet. Die weiteren Ergebnisse sind in der Diplomarbeit \u201eBetonkernaktivierung f\u00fcr Deckensysteme in Fertigteilbauweise\u201c nachzulesen.<\/p>\n <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Betonkernaktivierung f\u00fcr Deckensysteme in Fertigteilbauweise W. Gappmaier, H. Hafellner, P. 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Simulationsmethode<\/h2>\n
Tabelle 1 \u00dcbersicht der verwendeten Materialien lt. [7] und [8]<\/h4>\n
\n\n
\n <\/th>\n t [cm]<\/th>\n \u03c1 [kg\/m3<\/sup>]<\/th>\n \u03bb [W\/mK]<\/th>\n cP<\/sub> [J\/kgK]<\/th>\n \u00b5 trocken\/feucht<\/th>\n<\/tr>\n \n Bodenbelag (Holz)<\/td>\n 1,5<\/td>\n 500<\/td>\n 0,13<\/td>\n 1600<\/td>\n 40\/30<\/td>\n<\/tr>\n \n Estrich<\/td>\n 8,0<\/td>\n 1600<\/td>\n 1,1<\/td>\n 1080<\/td>\n 35\/15<\/td>\n<\/tr>\n \n PAE-Folie<\/td>\n 0,002<\/td>\n 950<\/td>\n 0,35<\/td>\n 2300<\/td>\n 100000<\/td>\n<\/tr>\n \n Mineralfaser MW-T 033<\/td>\n 3,0<\/td>\n 75<\/td>\n 0,041<\/td>\n 1030<\/td>\n 1<\/td>\n<\/tr>\n \n PAE-Folie<\/td>\n 0,002<\/td>\n 950<\/td>\n 0,35<\/td>\n 2300<\/td>\n 100000<\/td>\n<\/tr>\n \n Sch\u00fcttung<\/td>\n 7,5<\/td>\n 100<\/td>\n 0,06<\/td>\n 900<\/td>\n 3<\/td>\n<\/tr>\n \n Aufbeton<\/td>\n 16,0<\/td>\n Variabel<\/td>\n<\/tr>\n \n Elementdecke<\/td>\n 6,0<\/td>\n Variabel<\/td>\n<\/tr>\n \n Deckenputz<\/td>\n 1,0<\/td>\n 1200<\/td>\n 0,6<\/td>\n 1000<\/td>\n 10\/6<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n \n
Auswertung der Ergebnisse<\/h2>\n
Zusammenfassung<\/h2>\n
Tabellenverzeichnis<\/h3>\n
\n
Abbildungsverzeichnis<\/h3>\n
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Literaturverzeichnis<\/h3>\n
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