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The technique of Acoustic travel-time TOMography (ATOM) allows for measuring the distribution of air temperatures throughout the entire room based on the determined sound-travel-times of early reflections, currently up to second order reflections. The number of detected early reflections in the room impulse response (RIR) which stands for the desired sound paths inside the room, has a significant impact on the resolution of reconstructed temperatures. This study investigates the possibility of utilizing an array of directional sound sources for ATOM measurements instead of a single omnidirectional loudspeaker used in the previous studies [1–3]. The developed measurement setup consists of two directional sound sources placed near the edge of the floor in the climate chamber of the Bauhaus-University Weimar and one omnidirectional receiver at center of the room near the ceiling. In order to compensate for the reduced number of sound paths when using directional sound sources, it is proposed to take high-energy early reflections up to third order into account. For this purpose, the simulated travel times up to third-order image sources were implemented in the image source model (ISM) algorithm, by which these early reflections can be detected effectively for air temperature reconstructions. To minimize the uncertainties of travel-times estimation due to the positioning of the sound transducers inside the room, measurements were conducted to determine the exact emitting point of the utilized sound source i.e. its acoustic center (AC). For these measurements, three types of excitation signals (MLS, linear and logarithmic chirp signals) with various frequency ranges were used considering that the acoustic center of a sound source is a frequency dependent parameter [4]. Furthermore, measurements were conducted to determine an optimum excitation signal based on the given condition of the ATOM measurement set-up which defines an optimum method for the RIR estimation correspondingly. Finally, the uncertainty of the measuring system utilizing an array of directional sound sources was analyzed.
Acoustic travel-time tomography (ATOM) determines the distribution of the temperature in a propagation medium by measuring the travel-time of acoustic signals between transmitters and receivers. To employ ATOM for indoor climate measurements, the impulse responses have been measured in the climate chamber lab of the Bauhaus-University Weimar and compared with the theoretical results of its image source model (ISM). A challenging task is distinguishing the reflections of interest in the reflectogram when the sound rays have similar travel-times. This paper presents a numerical method to address this problem by finding optimal positions of transmitter and receiver, since they have a direct impact on the distribution of travel times. These optimal positions have the minimum number of simultaneous arrival time within a threshold level. Moreover, for the tomographic reconstruction, when some of the voxels remain empty of sound-rays, it leads to inaccurate determination of the air temperature within those voxels. Based on the presented numerical method, the number of empty tomographic voxels are minimized to ensure the best sound-ray coverage of the room. Subsequently, a spatial temperature distribution is estimated by simultaneous iterative reconstruction technique (SIRT). The experimental set-up in the climate chamber verifies the simulation results.
It is widely accepted that most people spend the majority of their lives indoors. Most individuals do not realize that while indoors, roughly half of heat exchange affecting their thermal comfort is in the form of thermal infrared radiation. We show that while researchers have been aware of its thermal comfort significance over the past century, systemic error has crept into the most common evaluation techniques, preventing adequate characterization of the radiant environment. Measuring and characterizing radiant heat transfer is a critical component of both building energy efficiency and occupant thermal comfort and productivity. Globe thermometers are typically used to measure mean radiant temperature (MRT), a commonly used metric for accounting for the radiant effects of an environment at a point in space. In this paper we extend previous field work to a controlled laboratory setting to (1) rigorously demonstrate that existing correction factors used in the American Society of Heating Ventilation and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) Standard 55 or ISO7726 for using globe thermometers to quantify MRT are not sufficient; (2) develop a correction to improve the use of globe thermometers to address problems in the current standards; and (3) show that mean radiant temperature measured with ping-pong ball-sized globe thermometers is not reliable due to a stochastic convective bias. We also provide an analysis of the maximum precision of globe sensors themselves, a piece missing from the domain in contemporary literature.
Bei Analysen des Gebäudebestands im Quartierskontext werden zu Dokumentationszwecken viele Bilddaten erzeugt. Diese Daten sind im Nachhinein häufig keinen eindeutig genauen Standorten und Blickwinkeln auf das Bauwerk zuzuordnen. Insbesondere gilt dies für Ortsunkundige oder für Detailaufnahmen. Eine zusätzliche Herausforderung stellt die Aufnahme von Wärmebrücken- oder andersartigen Gebäudedetails durch Thermogramme dar. In der Praxis kommen hier oftmals analoge, fehleranfällige Lösungen zum Einsatz.
Durch die Nutzung von Georeferenzierung kann diese Lücke geschlossen und eine eindeutige Kommunikation und Auswertung gewährleistet werden. Im Gegensatz zu den üblichen Kameras sind Smartphones nach Stand der Technik ausreichend ausgestattet, um neben Daten zu Standort auch die Orientierungswinkel einer Bildaufnahme zu dokumentieren. Die georefenzierten Bilder können auf Grundlage der in den sogenannten Exif-Daten mitgeschriebenen Informationen händisch in ein bestehendes Quartiersmodell integriert werden.
Anhand eines universitären Musterquartiers wird die nutzerfreundliche Realisierung beispielhaft erprobt und auf ihre Potentiale zur Automatisierung in Python untersucht. Hierfür wurde ein bestehendes Quartiersmodell als geometrische Grundlage genutzt und um RGB-Bilder sowie Thermogramme erweitert. Das beschriebene Vorgehen wird im Rahmen der Anwendung auf seinen möglichen Einsatz im Rahmen einer energetischen Quartierserfassung sowie einer Bauschadensdokumentation untersucht.
Mit dem vorliegenden Beitrag wird dem Nutzenden ein Werkzeug bereitgestellt, das die hochwertige Dokumentation einer Bestandserfassung, auch im Quartierskontext, ermöglicht.
In crowdsourcingbasierten Systemen kommt der Qualitätssicherung des durch Benutzer generierten Inhaltes große Bedeutung für die Erhaltung der Benutzbarkeit zu. Das bauphysikalische Lehrspiel "BuildVille" benutzt für die Quiz-Anwendung einen Crowdsourcing-Ansatz: Die Quiz-Fragen werden von den Benutzern selbst generiert. Mit Hilfe dieser Arbeit soll sichergestellt werden, dass fehlerhafte, irrtümlicherweise oder zum Spaß eingegebene Fragen möglichst früh erkannt, korrigiert oder von der weiteren Verbreitung ausgeschlossen werden. Dazu soll mit Hilfe einer Analyse bestehender crowdsourcingbasierter Systeme bezüglich umgesetzter Qualitätssicherungsmaßnahmen ein Konzept für die QS-Maßnahmen in BuildVille entwickelt werden.
This article focuses on further developments of the background-oriented schlieren (BOS) technique to visualize convective indoor air flow, which is usually defined by very small density gradients. Since the light rays deflect when passing through fluids with different densities, BOS can detect the resulting refractive index gradients as integration along a line of sight. In this paper, the BOS technique is used to yield a two-dimensional visualization of small density gradients. The novelty of the described method is the implementation of a highly sensitive BOS setup to visualize the ascending thermal plume from a heated thermal manikin with temperature differences of minimum 1 K. To guarantee steady boundary conditions, the thermal manikin was seated in a climate laboratory. For the experimental investigations, a high-resolution DLSR camera was used capturing a large field of view with sufficient detail accuracy. Several parameters such as various backgrounds, focal lengths, room air temperatures, and distances between the object of investigation, camera, and structured background were tested to find the most suitable parameters to visualize convective indoor air flow. Besides these measurements, this paper presents the analyzing method using cross-correlation algorithms and finally the results of visualizing the convective indoor air flow with BOS. The highly sensitive BOS setup presented in this article complements the commonly used invasive methods that highly influence weak air flows.
Bauphysikalisches Quartett
(2012)
Quartett ist ein ebenso altes, wie auch beliebtes Kartenspiel. Vor allem bei Kindern erfreut es sich großer Beliebtheit, während in den älteren Generationen kaum jemand mit Quartettkarten spielt.
Quartettspiele speziell für Kleinkinder sind zum Großteil mit Inhalten versehen, die Wissen auf spielerische Art und Weise vermitteln. Dabei werden gute Lernerfolge in dieser Zielgruppe verzeichnet.
Wie lassen sich also diese Lernerfolge durch das Spielen mit Quartettkarten erzielen? Und wie kann dieser Effekt auch auf Studenten übertragen werden?
Ziel dieser Arbeit ist es, das Konzept des Quartettkartenspiels auf bauphysikalische Inhalte anzuwenden und gegebenenfalls die Spielprinzipien zu erweitern oder zu verändern. Dabei sind die Studenten der Fakultät Bauingenieurswesen die Zielgruppe, an die sich das Spiel richten soll.
Besondere Herausforderung ist es, unterschiedliche Objekteklassen von bauphysikalischer Relevanz in einem Spiel zusammenzubringen und vergleichbar zu machen. Das sich ergebende Quartettkartenspiel sollte nicht nur eine Objektklasse, sondern mehrere Objektklassen zum Inhalt haben. Dabei sollen die Objektklassen so gewählt werden, dass sich Kategorien mit bauphysikalischem Inhalt finden lassen.
Augenmerk sollte auch auf die Strukturierung der Lerninhalte gelegt werden, um eine leichte Übertragung des Spielkonzepts auf andere Fachdomänen zu ermöglichen. Das Ergebnis der Arbeit sind zwei fertige und spielbare Quartette.
Capturing Sheep With Minecraft befasst sich mit ausgewählten Problemen der Bauphysik und deren Umsetzung mithilfe des Computerspiels Minecraft. Es werden ausgewählte Probleme der Bauphysik in Minecraft abgebildet um diese Schülern und Studenten näher zu bringen. Es wurde ein Szenario in Minecraft entworfen welches durch entgegenwirken der abgebildeten Probleme, durch den Spieler gelöst werden soll.
This study investigates the performance of two systems: personalized ventilation (PV) and ductless personalized ventilation (DPV). Even though the literature indicates a compelling performance of PV, it is not often used in practice due to its impracticality. Therefore, the present study assesses the possibility of replacing the inflexible PV with DPV in office rooms equipped with displacement ventilation (DV) in the summer season. Numerical simulations were utilized to evaluate the inhaled concentration of pollutants when PV and DPV are used. The systems were compared in a simulated office with two occupants: a susceptible occupant and a source occupant. Three types of pollution were simulated: exhaled infectious air, dermally emitted contamination, and room contamination from a passive source. Results indicated that PV improved the inhaled air quality regardless of the location of the pollution source; a higher PV supply flow rate positively impacted the inhaled air quality. Contrarily, the performance of DPV was highly sensitive to the source location and the personalized flow rate. A higher DPV flow rate tends to decrease the inhaled air quality due to increased mixing of pollutants in the room. Moreover, both systems achieved better results when the personalized system of the source occupant was switched off.
Die Auswirkungen einer Fassadenbegrünung auf den Wärmeinseleffekt in Stuttgart wurde für eine Hitzeperiode numerisch simuliert und bewertet. Die Ergebnisse zeigten positive Auswirkungen innerhalb des Simulationsgebiets sowie eine geringe Fernwirkung auf benachbarte Stadtquartiere. Diese Änderungen können zur Verbesserung des thermischen Komforts im Außenraum beitragen. Eine reduzierte Temperatur der Außenoberfläche führt darüber hinaus auch zu einer geringeren Oberflächentemperatur der Wandinnenseite, welche die Innenraumtemperatur beeinflusst. Folglich kann die thermische Behaglichkeit auch im Innenraum erhöht werden.
When predicting sound pressure levels induced by structure-borne sound sources and describing the sound propagation path through the building structure as exactly as possible, it is necessary to characterize the vibration behavior of the structure-borne sound sources. In this investigation, the characterization of structure-borne sound sources was performed using the two-stage method (TSM) described in EN 15657. Four different structure-borne sound sources were characterized and subsequently installed in a lightweight test stand. The resulting sound pressure levels in an adjacent receiving room were measured. In the second step, sound pressure levels were predicted according to EN 12354-5 based on the parameters of the structure-borne sound sources. Subsequently, the predicted and the measured sound pressure levels were compared to obtain reliable statements on the achievable accuracy when using source quantities determined by TSM with this prediction method.
Personalisierte Lüftung (PL) kann die thermische Behaglichkeit sowie die Qualität der eingeatmeten Atemluft verbessern, in dem jedem Arbeitsplatz Frischluft separat zugeführt wird. In diesem Beitrag wird die Wirkung der PL auf die thermische Behaglichkeit der Nutzer unter sommerlichen Randbedingungen untersucht. Hierfür wurden zwei Ansätze zur Bewertung des Kühlungseffekts der PL untersucht: basierend auf (1) der äquivalenten Temperatur und (2) dem thermischen Empfinden. Grundlage der Auswertung sind in einer Klimakammer gemessene sowie numerisch simulierte Daten. Vor der Durchführung der Simulationen wurde das numerische Modell zunächst anhand der gemessenen Daten validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Ansatz basierend auf dem thermischen Empfinden zur Evaluierung des Kühlungseffekts der PL sinnvoller sein kann, da bei diesem die komplexen physiologischen Faktoren besser berücksichtigt werden.
Aufgrund des visko-elastoplastischen Materialverhaltens von Beton wird Probekörpern und Bauteilen infolge zyklischer Beanspruchungen Energie zugeführt. Die entsprechenden Energiegrößen werden durch Hystereseflächen der Spannungs-Dehnungslinien beschrieben. In der Literatur finden sich dabei unterschiedliche Ansätze, wofür diese Energie verwendet wird. Erste Untersuchungen zeigen, dass zumindest ein Teil dieser dissipierten Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Mithilfe der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik lassen sich diese Energiegrößen für jeden Lastwechsel eines Ermüdungsversuches schnell und zuverlässig bestimmen. Anschließend wurden mit dem implementierten Algorithmus die dissipierten Energien von insgesamt 27 zyklischen Versuchen ausgewertet. Analog zu der Dehnungsentwicklung und der Steifigkeitsdegradation weisen auch die Verläufe der dissipierten Energie über die Lastwechselzahl einen dreiphasigen Verlauf auf. Die Auswertung zeigt außerdem eine Korrelation zwischen der Bruchlastwechselzahl und der dissipierten Energie. Auch der Zusammenhang zwischen Probekörpererwärmung und dissipierter Energie konnte bestätigt werden.
Kleine Kommunen im ländlichen Raum sind aufgrund ihrer oft eingeschränkten personellen und finanziellen Kapazitäten bisher eher sporadisch in den Themenfeldern Energieeffizienz und Erneuerbare Energien aktiv. Immer wieder stellt sich daher Frage, wie die Klimaschutzstrategien des Bundes und der Länder dort mit dem verfügbaren Personal kostengünstig realisierbar sind. Vor diesem Hintergrund wird ein Werkzeug entwickelt, mit dessen Hilfe der aktive Einstieg in diese Thematik mit geringen Aufwand und überwiegend barrierefrei möglich ist.
Der Aufbau eines prozessorientierten Entwicklungs- und Moderationsmodells zur Erprobung und Umsetzung bezahlbarer Handlungsoptionen für Energieeinsparungen und effizienten Energieeinsatz im überwiegend ländlichen geprägten Raum ist der Schwerpunkt der Softwarelösung.
Kommunen werden mit deren Hilfe in die Lage versetzt, in die notwendigen Prozesse der Energie- und Wärmewende einzusteigen. Dabei soll der modulare Aufbau die regulären Schritte notwendiger (integrierter) Planungsprozesse nicht vollständig ersetzen. Vielmehr können innerhalb der Online-Anwendung - überwiegend automatisiert - konkrete Maßnahmenvorschläge erstellt werden, die ein solides Fundament der künftigen energetischen Entwicklung der Kommunen darstellen.
Für eine gezielte Validierung der Ergebnisse und der Ableitung potentieller Maßnahmen werden für die Erprobung Modellkommunen in Thüringen, Bayern und Hessen als Reallabore einbezogen.
Das Tool steht bisher zunächst nur den beteiligten Modellkommunen zur Verfügung. Die entwickelte Softwarelösung soll künftig Schritt für Schritt allen interessierten Kommunen mit diversen Hilfsmitteln und einer Vielzahl anderer praktischer Bestandteile zur Verfügung gestellt werden.
The imperative to transform current energy provisions is widely acknowledged. However, scant attention has hitherto been directed toward rural municipalities and their innate resources, notably biogenic resources. In this paper, a methodological framework is developed to interconnect resources from waste, wastewater, and agricultural domains for energy utilization. This entails cataloging existing resources, delineating their potential via quantitative assessments utilizing diverse technologies, and encapsulating them in a conceptual model. The formulated models underwent iterative evaluation with engagement from diverse stakeholders. Consequently, 3 main concepts, complemented by 72 sub-concepts, were delineated, all fostering positive contributions to climate protection and providing heat supply in the rural study area. The outcomes’ replicability is underscored by the study area’s generic structure and the employed methodology. Through these inquiries, a framework for the requisite energy transition, with a pronounced emphasis on the coupling of waste, wastewater, and agriculture sectors in rural environments, is robustly analyzed.
Eine der jüngsten Entwicklungen in der Games Branche sind sogenannte Social Games. Hierbei handelt es sich um digitale Spiele, die innerhalb von sozialen Netzwerken, wie z.B. Facebook und Myspace, gespielt werden.
Studien zeigen, dass kommerzielle digitale Spiele mehr als nur ein Zeitvertreib sind. Sie fördern sowohl kognitive, als auch affektive
und psychomotorische Kompetenzen. Aus diesem Grund werden seit Jahrzehnten digitale Spiele in der Pädagogik eingesetzt, um ihre Motivationskraft zu nutzen, um Lerneffekte zu erzielen.
Ziel dieser Arbeit ist es Spielmechaniken für ein bauphysikalisches Social Game zu entwickeln. Ausgehend von der Identifikation von Spielmechaniken, basierend auf einer Analyse der Funktionsweisen existierender populärer Social Games, und einem grundlegenden pädagogischen Verständnis bezüglich Digital Game Based Learning (DGBL), werden Spielmechaniken entwickelt, mit deren Hilfe bauphysikalische Fachkompetenzen vermittelt werden können.
Entwurf eines Spieler-Modells für eine erweiterbare Spielplattform zur Ausbildung in der Bauphysik
(2012)
Im Projekt Intelligentes Lernen beschäftigen sich die Professuren Content Management und Web-Technologien, Systeme der Virtuellen Realität und Bauphysik der Bauhaus- Universität Weimar mit der Entwicklung innovativer Informationstechnologien für eLearning- Umgebungen. In den Teilbereichen Retrieval, Extraktion und Visualisierung großer Dokumentkollektionen, sowie simulations- und planbasierter Wissensvermittlung werden Algorithmen und Werkzeuge erforscht, um eLearning-Systeme leistungsfähiger zu machen und um somit den Lernerfolg zu optimieren.
Ziel des Projekts, auf dem Gebiet des simulationsbasierten Wissenstransfers, ist die Entwicklung eines Multiplayer Online Games (MOG) zur Ausbildungsunterstützung in der Bauphysik.
Im Rahmen der vorliegenden Bachelorarbeit wird für diese digitale Lernsoftware ein Spieler- Modell zur Verwaltung der spielerspezifischen Daten entworfen und in das bestehende Framework integriert. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Organisation der erlernten Fähigkeiten des Spielers und in der an den Wissensstand angepassten Auswahl geeigneter Spielaufgaben. Für die Anwendung im eLearning-Bereich ist die Erweiterbarkeit des Modells um neue Lernkomplexe eine wesentliche Anforderung.
This dataset consists mainly of two subsets. The first subset includes measurements and simulation data conducted to validate the simulation tool ENVI-met. The measurements were conducted at the campus of the Bauhaus-University Weimar in Weimar, Germany and consisted of recording exterior air temperature, globe temperature, relative humidity, and wind velocity at 1.5 m at four points on four different days. After the measurements, the geometry of the campus was modelled and meshed; the simulations were conducted using the weather data of the measurements days with the aim of investigating the accuracy of the model.
The second data subset consists of ENVI-met simulation data of the potential of facade greening in improving the outdoor environment and the indoor air temperature during heatwaves in Central European cities. The data consist of the boundary conditions and the simulation output of two simulation models: with and without facade greening. The geometry of the models corresponded to a residential buildings district in Stuttgart, Germany. The simulation output consisted of exterior air temperature, mean radiant temperature, relative humidity, and wind velocity at 12 different probe points in the model in addition to the indoor air temperature of an exemplary building. The dataset presents both vertical profiles of the probed parameters as well as the time series output of the five-day simulation duration. Both data subsets correspond to the investigations presented in the co-submitted article [1].