Die vorliegende Arbeit behandelt zwei Schwerpunkte. Zum einen wird der Start der Vereisung sowie das Vereisungsverhalten von einem Platten- Enthalpierückgewinner systematisch im Labor untersucht. Zum anderen werden mit den erarbeiteten Erkenntnissen verschiedene Vereisungsschutzstrategien optimiert und beurteilt. Auf Grundlage eines ersten Laborversuches geben die Messdaten im h,x-Diagramm Aufschluss über die Luftkonditionen welche zu einem Start der Vereisung führen. Mittels eines weiteren Laborversuches wurde die Art und Verteilung der Vereisung visuell untersucht und eine Vereisungsschutzstrategie gemessen. Mit den Erkenntnissen aus dem Labor wurden die Vereisungsschutzstrategien auf ihre Leistungsspitze und ihren Einfluss auf die Behaglichkeitskriterien untersucht. Die Ergebnisse zeigen das die optimale Vereisungsschutzstrategie massgeblich von der Anwendung abhängt. Liegen die Aussenlufttemperaturen am Standort ganzjährig oberhalb von -9°C muss bei einem Platten-Enthalpierückgewinner im Wohnungsbau mit typischen Abluftfeuchten von durchschnittlich 30% r.F. im Winter keine Vereisungsschutzstrategie berücksichtigt werden. Liegen die minimalen Aussenlufttemperaturen tiefer und eine Luftvolumenstromreduzierung zulässig ist, führt eine balancierte Reduktion des Luftvolumenstroms zu einer deutlichen Verzögerung der Vereisung und es resultiert keine Leistungsspitze. Kann der Luftvolumenstrom nicht reduziert werden führt ein Bypass als Vereisungsschutzstrategie zu der geringsten Leistungsspitze. Jedoch kann dabei nicht die volle Feuchterückgewinnung ausgenutzt werden. Ist die Feuchterückgewinnung für die Anwendung unersetzlich, sollte eine Vorwärmung als Vereisungsschutzstrategie eingesetzt werden.
The present work deals with two focal points. On the one hand, the start of icing and the icing behaviour of a plate enthalpy recuperator are systematically investigated in the laboratory. On the other hand, various icing protection strategies are optimised and evaluated with the knowledge gained.
Based on a first laboratory test, the measurement data in the h,x-diagram provide information about the air conditions that lead to the start of icing. By means of another laboratory test, the type and distribution of icing was visually examined and an anti-icing strategy was measured. With the findings from the laboratory, the anti-icing strategies were examined for their peak performance and their influence on the comfort criteria.
The results show that the optimal anti-icing strategy depends significantly on the application. If the outdoor air temperatures at the location are above -9°C all year round, no anti-icing strategy needs to be considered for a plate-type enthalpy recuperator in residential buildings with typical extract air humidities of 30% RH on average in winter.
If the minimum outside air temperatures are lower and an air volume flow reduction is permissible, a balanced reduction of the air volume flow leads to a significant delay in icing and no performance peak results. If the air volume flow cannot be reduced, a bypass as an icing protection strategy leads to the lowest performance peak. However, the full moisture recovery cannot be utilised. If moisture recovery is irreplaceable for the application, preheating should be used as an anti-icing strategy.
Die vorliegende Arbeit behandelt zwei Schwerpunkte. Zum einen wird der Start der Vereisung sowie das Vereisungsverhalten von einem Platten- Enthalpierückgewinner systematisch im Labor untersucht. Zum anderen werden mit den erarbeiteten Erkenntnissen verschiedene Vereisungsschutzstrategien optimiert und beurteilt. Auf Grundlage eines ersten Laborversuches geben die Messdaten im h,x-Diagramm Aufschluss über die Luftkonditionen welche zu einem Start der Vereisung führen. Mittels eines weiteren Laborversuches wurde die Art und Verteilung der Vereisung visuell untersucht und eine Vereisungsschutzstrategie gemessen. Mit den Erkenntnissen aus dem Labor wurden die Vereisungsschutzstrategien auf ihre Leistungsspitze und ihren Einfluss auf die Behaglichkeitskriterien untersucht. Die Ergebnisse zeigen das die optimale Vereisungsschutzstrategie massgeblich von der Anwendung abhängt. Liegen die Aussenlufttemperaturen am Standort ganzjährig oberhalb von -9°C muss bei einem Platten-Enthalpierückgewinner im Wohnungsbau mit typischen Abluftfeuchten von durchschnittlich 30% r.F. im Winter keine Vereisungsschutzstrategie berücksichtigt werden. Liegen die minimalen Aussenlufttemperaturen tiefer und eine Luftvolumenstromreduzierung zulässig ist, führt eine balancierte Reduktion des Luftvolumenstroms zu einer deutlichen Verzögerung der Vereisung und es resultiert keine Leistungsspitze. Kann der Luftvolumenstrom nicht reduziert werden führt ein Bypass als Vereisungsschutzstrategie zu der geringsten Leistungsspitze. Jedoch kann dabei nicht die volle Feuchterückgewinnung ausgenutzt werden. Ist die Feuchterückgewinnung für die Anwendung unersetzlich, sollte eine Vorwärmung als Vereisungsschutzstrategie eingesetzt werden.
The present work deals with two focal points. On the one hand, the start of icing and the icing behaviour of a plate enthalpy recuperator are systematically investigated in the laboratory. On the other hand, various icing protection strategies are optimised and evaluated with the knowledge gained.
Based on a first laboratory test, the measurement data in the h,x-diagram provide information about the air conditions that lead to the start of icing. By means of another laboratory test, the type and distribution of icing was visually examined and an anti-icing strategy was measured. With the findings from the laboratory, the anti-icing strategies were examined for their peak performance and their influence on the comfort criteria.
The results show that the optimal anti-icing strategy depends significantly on the application. If the outdoor air temperatures at the location are above -9°C all year round, no anti-icing strategy needs to be considered for a plate-type enthalpy recuperator in residential buildings with typical extract air humidities of 30% RH on average in winter.
If the minimum outside air temperatures are lower and an air volume flow reduction is permissible, a balanced reduction of the air volume flow leads to a significant delay in icing and no performance peak results. If the air volume flow cannot be reduced, a bypass as an icing protection strategy leads to the lowest performance peak. However, the full moisture recovery cannot be utilised. If moisture recovery is irreplaceable for the application, preheating should be used as an anti-icing strategy.
Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit den akustischen und energetischen Aspekten
einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Aufgrund der störenden Schallemissionen von einer Luft-
Wasser-Wärmepumpe, die wiederholt zu Konflikten führen, werden ein Schallschutznachweis für
den Lärmschutz und ein Nacht-Modus gefordert. Dazu wurde der Zusammenhang zwischen der
Energieeffizienz und der Schallemission untersucht. Des Weiteren wurde geprüft, ob es möglich
ist, das Geräusch einer Wärmepumpe mithilfe eines Lautsprechers zu emulieren und auf diese
Weise den Schallschutznachweis zu erbringen. Ausserdem wurde der Einfluss des Silent-Modes
auf die Energie und die Schallemission untersucht. Die Auswertung der Messungen ergab, dass je
höher die Kompressor-Drehzahl ist, desto höher auch die Schallemissionen sind. Die
Energieeffizienz sinkt wiederum bei steigender Kompressor-Drehzahl. Anhand von
Tonaufnahmen, konnte das Geräusch der Wärmepumpe emuliert werden. Die Messungen mit dem
Emulator belegen, dass der Nachweis auch mit einem Emulator gemacht werden könnte und dass
dieser für spezielle Topologien besser als die aktuelle Methode für den Schallschutznachweis
geeignet ist. Bei der Untersuchung des Silent-Modes zeigte sich, dass die Effizienz deutlich sinkt
und dieser bei einigen Frequenzen auch hörbar ist.
This bachelor thesis deals with the acoustic and energetic aspects of an air-to-water heat pump.
Due to the disturbing sound emissions from an air-to-water heat pump, which repeatedly lead to
conflicts, a soundproof certificate for noise protection and a night mode of the pump assembly are
required. For this purpose, the relationship between energy efficiency and noise emission was
investigated. Furthermore, it was examined whether it is possible to emulate the noise of a heat
pump with the help of a loudspeaker and in this way to provide the noise protection verification.
In addition, the influence of the silent mode on the energy and the sound emission was investigated.
The evaluation of the measurements showed that the higher the compressor speed, the higher the
sound emissions are. The energy efficiency in turn decreases as the compressor speed increases.
Using sound recordings, the noise of the heat pump could be emulated. The measurements with the
emulator prove that the verification could also be done with an emulator and that it is better suited
for special topologies than the current method for the sound insulation verification. The
investigation of the silent mode showed that the efficiency drops significantly and that it is also
audible at some frequencies.
Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit den akustischen und energetischen Aspekten
einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Aufgrund der störenden Schallemissionen von einer Luft-
Wasser-Wärmepumpe, die wiederholt zu Konflikten führen, werden ein Schallschutznachweis für
den Lärmschutz und ein Nacht-Modus gefordert. Dazu wurde der Zusammenhang zwischen der
Energieeffizienz und der Schallemission untersucht. Des Weiteren wurde geprüft, ob es möglich
ist, das Geräusch einer Wärmepumpe mithilfe eines Lautsprechers zu emulieren und auf diese
Weise den Schallschutznachweis zu erbringen. Ausserdem wurde der Einfluss des Silent-Modes
auf die Energie und die Schallemission untersucht. Die Auswertung der Messungen ergab, dass je
höher die Kompressor-Drehzahl ist, desto höher auch die Schallemissionen sind. Die
Energieeffizienz sinkt wiederum bei steigender Kompressor-Drehzahl. Anhand von
Tonaufnahmen, konnte das Geräusch der Wärmepumpe emuliert werden. Die Messungen mit dem
Emulator belegen, dass der Nachweis auch mit einem Emulator gemacht werden könnte und dass
dieser für spezielle Topologien besser als die aktuelle Methode für den Schallschutznachweis
geeignet ist. Bei der Untersuchung des Silent-Modes zeigte sich, dass die Effizienz deutlich sinkt
und dieser bei einigen Frequenzen auch hörbar ist.
This bachelor thesis deals with the acoustic and energetic aspects of an air-to-water heat pump.
Due to the disturbing sound emissions from an air-to-water heat pump, which repeatedly lead to
conflicts, a soundproof certificate for noise protection and a night mode of the pump assembly are
required. For this purpose, the relationship between energy efficiency and noise emission was
investigated. Furthermore, it was examined whether it is possible to emulate the noise of a heat
pump with the help of a loudspeaker and in this way to provide the noise protection verification.
In addition, the influence of the silent mode on the energy and the sound emission was investigated.
The evaluation of the measurements showed that the higher the compressor speed, the higher the
sound emissions are. The energy efficiency in turn decreases as the compressor speed increases.
Using sound recordings, the noise of the heat pump could be emulated. The measurements with the
emulator prove that the verification could also be done with an emulator and that it is better suited
for special topologies than the current method for the sound insulation verification. The
investigation of the silent mode showed that the efficiency drops significantly and that it is also
audible at some frequencies.
Im Juli 2022 veröffentlichte die Eidgenössische Koordinationskommission für Arbeitssicherheit (EKAS) die
Richtlinie 1871, betreffend der Arbeitssicherheit in Laboren. Neu werden minimale Raumluftwechselzahlen
gefordert, welche wesentlich höher sind als die bisher verwendeten Planungswerte. Die
Arbeitsnehmersicherheit steht selbstverständlich an erster Stelle, dennoch stellt sich die Frage ob die neuen
minimalen Raumluftwechselzahlen tatsächlich mehr Sicherheit gewährleisten. Es gilt zu prüfen, ob
niedrigere Raumluftwechselzahlen die gleiche Sicherheit erbringen können, wie die neu geforderten
Raumluftwechselzahlen, oder ob gesundheitsgefährdende Stoffkonzentrationen entstehen. In Anbetracht des
Energieverbrauches bedeutet eine höhere Raumluftwechselzahl einen höheren Energieverbrauch und somit
eine höhere CO2-Belastung für die Umwelt.
Um diese Untersuchung durchzuführen, werden vier authentische Szenarien in einem Labor an der ETH
Zürich bei verschiedenen Raumluftwechselzahlen untersucht. Mit den beiden Arbeitsstoffen Ethanol und
Aceton wird erforscht, ob sich eine gesundheitsgefährdende Stoffkonzentration im Raum bildet. Für die
Energiebetrachtung werden drei verschiedene Betriebsprofile für das Referenzobjekt erstellt, um den neu
benötigten Energiebedarf durch die neuen Raumluftwechselzahlen mit dem IST-Zustand und dem
Planungswert zu vergleichen.
Die Messresultate der untersuchten Szenarien zeigen, dass die neu geforderte minimale Raumluftwechselzahl
von drei, zu hoch ist. Ein einfacher Raumluftwechsel ist ausreichend, da sich bei dieser Raumluftwechselzahl
keine gesundheitsgefährdenden Stoffkonzentrationen bilden. Die Energiebetrachtung zeigt, dass durch die
neu geforderten Raumluftwechselzahlen in der Summe 140 % mehr thermische und elektrische Energie
benötigt wird.
Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die Sicherheit für die Nutzerschaft bei einem einfachen
Raumluftwechsel in den vier Szenarien gewährleistet ist. In diesem Betrachtungsfall ist es möglich mit
tieferen Raumluftwechselzahlen als minimal gefordert, gemäss der EKAS Richtlinie, die Laboratorien zu
betreiben. Dadurch können grosse Mengen an Energie eingespart werden und die Umwelt wird weniger
belastet.
In July 2022 the Federal Coordination Commission for Occupational Safety (abbreviated to EKAS) released
the new guideline 1871 concerning the safety of laboratories. Minimal room air exchange rates are now
required, which are significantly higher than the previously used design values. Of course, ensuring a safe
workplace is a top priority. However, the question arises whether the new room air exchange rates actually
guarantee increased safety. It must be examined whether lower room air exchange rates can provide the same
level of safety as the newly required ones, or if they result in concentrations of substances that are hazardous
to health. In terms of energy, a higher number of room air changes means higher energy consumption and
thus a higher CO2 load for the environment.
To carry out this investigation, four authentic scenarios at different room air exchange rates are examined in a
laboratory at ETH Zurich. The two working substances ethanol and acetone are used to investigate whether
concentrations of substances that are hazardous to health are formed in the room. To look at the energy
analysis, three different operating profiles are created for the reference object to compare the new energy
requirement due to the new room air exchange rates with the actual state and the design value.
The measurement results for the scenarios investigated have shown, the newly required minimum room air
exchange rate of three is too high. A single room air exchange is sufficient, since at this exchange rate, no
substance concentrations hazardous to health are formed. The energy analysis reveals that the newly required
number of room air changes results in a total of 140 % higher thermal and electrical energy consumption.
The conducted investigations show that safety is guaranteed for the users with a single room air change for
the four different scenarios. In this case, it is possible to operate the laboratories with lower air exchange rates
than the minimum required by the EKAS guidelines. This would lead to significant energy savings and
reduced impact on the environment.
Im Juli 2022 veröffentlichte die Eidgenössische Koordinationskommission für Arbeitssicherheit (EKAS) die
Richtlinie 1871, betreffend der Arbeitssicherheit in Laboren. Neu werden minimale Raumluftwechselzahlen
gefordert, welche wesentlich höher sind als die bisher verwendeten Planungswerte. Die
Arbeitsnehmersicherheit steht selbstverständlich an erster Stelle, dennoch stellt sich die Frage ob die neuen
minimalen Raumluftwechselzahlen tatsächlich mehr Sicherheit gewährleisten. Es gilt zu prüfen, ob
niedrigere Raumluftwechselzahlen die gleiche Sicherheit erbringen können, wie die neu geforderten
Raumluftwechselzahlen, oder ob gesundheitsgefährdende Stoffkonzentrationen entstehen. In Anbetracht des
Energieverbrauches bedeutet eine höhere Raumluftwechselzahl einen höheren Energieverbrauch und somit
eine höhere CO2-Belastung für die Umwelt.
Um diese Untersuchung durchzuführen, werden vier authentische Szenarien in einem Labor an der ETH
Zürich bei verschiedenen Raumluftwechselzahlen untersucht. Mit den beiden Arbeitsstoffen Ethanol und
Aceton wird erforscht, ob sich eine gesundheitsgefährdende Stoffkonzentration im Raum bildet. Für die
Energiebetrachtung werden drei verschiedene Betriebsprofile für das Referenzobjekt erstellt, um den neu
benötigten Energiebedarf durch die neuen Raumluftwechselzahlen mit dem IST-Zustand und dem
Planungswert zu vergleichen.
Die Messresultate der untersuchten Szenarien zeigen, dass die neu geforderte minimale Raumluftwechselzahl
von drei, zu hoch ist. Ein einfacher Raumluftwechsel ist ausreichend, da sich bei dieser Raumluftwechselzahl
keine gesundheitsgefährdenden Stoffkonzentrationen bilden. Die Energiebetrachtung zeigt, dass durch die
neu geforderten Raumluftwechselzahlen in der Summe 140 % mehr thermische und elektrische Energie
benötigt wird.
Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die Sicherheit für die Nutzerschaft bei einem einfachen
Raumluftwechsel in den vier Szenarien gewährleistet ist. In diesem Betrachtungsfall ist es möglich mit
tieferen Raumluftwechselzahlen als minimal gefordert, gemäss der EKAS Richtlinie, die Laboratorien zu
betreiben. Dadurch können grosse Mengen an Energie eingespart werden und die Umwelt wird weniger
belastet.
In July 2022 the Federal Coordination Commission for Occupational Safety (abbreviated to EKAS) released
the new guideline 1871 concerning the safety of laboratories. Minimal room air exchange rates are now
required, which are significantly higher than the previously used design values. Of course, ensuring a safe
workplace is a top priority. However, the question arises whether the new room air exchange rates actually
guarantee increased safety. It must be examined whether lower room air exchange rates can provide the same
level of safety as the newly required ones, or if they result in concentrations of substances that are hazardous
to health. In terms of energy, a higher number of room air changes means higher energy consumption and
thus a higher CO2 load for the environment.
To carry out this investigation, four authentic scenarios at different room air exchange rates are examined in a
laboratory at ETH Zurich. The two working substances ethanol and acetone are used to investigate whether
concentrations of substances that are hazardous to health are formed in the room. To look at the energy
analysis, three different operating profiles are created for the reference object to compare the new energy
requirement due to the new room air exchange rates with the actual state and the design value.
The measurement results for the scenarios investigated have shown, the newly required minimum room air
exchange rate of three is too high. A single room air exchange is sufficient, since at this exchange rate, no
substance concentrations hazardous to health are formed. The energy analysis reveals that the newly required
number of room air changes results in a total of 140 % higher thermal and electrical energy consumption.
The conducted investigations show that safety is guaranteed for the users with a single room air change for
the four different scenarios. In this case, it is possible to operate the laboratories with lower air exchange rates
than the minimum required by the EKAS guidelines. This would lead to significant energy savings and
reduced impact on the environment.
Das Übereinkommen von Paris fordert weltweit die Länder auf, eine langfristige Klimastrategie zu erarbeiten. Die Schweizer Politik setzt auf das 2050 Netto-Null Klimaziel. Netto-Null bedeutet, dass alle durch Menschen verursachten Treibhausgas-Emissionen durch Reduktionsmassnahmen wieder aus der Atmosphäre entfernt werden müssen. Die Schweiz soll unter dem Strich keine Treibhausemissionen mehr ausstossen. Ein Verbesserungspotenzial kann dabei beim Gebäudesektor liegen, welcher für 24% der nationalen CO2-Emissionen verantwortlich ist. Eine mögliche Verminderung der Treibhausgasemissionen kann dabei erzielt werden, wenn bei der Erstellung der gebäudetechnischen Anlageteile Materialien verwendet werden, welche eine bessere Ökobilanz aufweisen.
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit möglichen Materialalternativen für die Herstellung der luftführenden Bauteile in einem Wohnbau. Insbesondere wird geprüft, ob eine Lüftungsverteilung aus Holz eine valable Alternative darstellen kann. Für die praktischen Untersuchungen wird ein Versuchsaufbau verwendet, welcher aus Fichtenholz angefertigt ist und funktionsweise eine einfache bidirektionale Lüftungsanlage darstellt.
Zu Beginn werden die geltenden normativen Anforderungen an lüftungstechnische Bauteile eruiert und qualitativ beschrieben. Die untersuchte Versuchskonstruktion erfüllt mehrheitlich die gestellten technischen Anforderungen. Es besteht dabei keine klare Aussage betreffend der Dichtheitsklasse des Aufbaus.
Der nächste Teil des Berichts befasst sich mit der Betriebsfestigkeit, Hygienebeurteilung und Feuchteresistenz des Versuchsaufbaus. Die genannten Kriterien werden in einem Experiment untersucht. Dabei wird der Aufbau einer Härteprüfung unterzogen. Das Experiment stellt eine fortlaufende Simulation einer Nasszelle mit Duschbetrieb dar, welche mit einem Holzkanalaufbau belüftet wird. Das Experiment dauert 672 Stunden und setzt den Holzkanal einer Feuchtigkeit aus, welche bei 344 Duschvorgängen theoretisch entstehen kann. Gemessen und ausgewertet werden Temperatur- und Feuchtewerte, welche während dem Versuch im System herrschen. Parallel werden Holzfeuchtemessungen durchgeführt, um die Feuchteaufnahme des Leitungsmaterials zu beurteilen.
Das Experiment zeigt, dass die Konstruktion eine genügende Resistenz gegen die mit Feuchte gesättigte Luft aufweist. Die gemessene Ausgleichsfeuchte des verwendeten Holzes überschreitet dabei nicht die maximal zulässigen Werte von 20%, ab welchen ein mikrobieller Befall möglich wäre. Jedoch weist die Aufbaukonstruktion eine Rissbildung an den Kanalinnenoberflächen auf. Daher sollte eine Schutzbehandlung in Betracht gezogen werden.
Als nächstes befasst sich der Bericht mit möglichen Holzschutzmassnahmen, gestützt auf DIN Normenreihre 350 – «Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten». Es werden Klassifizierungen und Eigenschaften der möglichen Schutzverfahren und Produkte genauer beschrieben. Daraus geht hervor, dass für die Holzkanäle
eine Imprägnierung mit einer Deckschicht empfohlen werden kann. Dabei sollten Schutzmittel verwendet werden, welche auf natürlichen Inhaltsstoffen basieren.
Im letzten Teil des Berichts werden einige mögliche Materialalternativen genauer beschrieben, welche für die Herstellung von lüftungstechnischen Bauteilen verwendet werden können. Dabei werden Materialien wie Karton, Dämmmaterialien, Kunststoffe, Bio-Kunststoffe, Holzwerkstoffe und formgepresste Zelluloseplatten spezifiziert. Davon können Holzwerkstoffe und Karton als Materialien mit dem meisten Potenzial für lüftungsführende Bauteile angesehen werden.
The Paris Agreement calls on countries worldwide to develop a long-term climate strategy. Swiss politics is backing on the 2050 net-zero climate strategy. Net-zero means that all greenhouse gas emissions caused by humans must be removed from the atmosphere through reduction measures. The bottom line is that Switzerland should no longer emit any greenhouse emissions. Potential for improvement can be found in the building sector, which is responsible for 24% of national CO2 emissions. A possible reduction in greenhouse gas emissions can be achieved if materials with a better ecological balance are used in the construction of the building services equipment.
This bachelor thesis deals with possible material alternatives for the fabrication of air-conducting components in a residential building. In particular, it is examined whether a ventilation distribution made of wood can represent a valid alternative. An experimental setup, which is made of spruce wood and functionally represents a simple bidirectional ventilation system that is used for the practical investigations.
At the beginning, the applicable normative requirements for ventilation components are elicited and qualitatively described. The investigated test construction fulfils the technical requirements in most cases. Although there is no clear statement regarding the airtightness class of the structure.
The next part of the report deals with the operational stability, hygiene assessment and moisture resistance of the experimental setup. The above criteria are investigated in an experiment. In the process, the superstructure is subjected to a hardness test. The experiment represents a continuous simulation of a wet cell with shower operation, which is ventilated with a wooden duct system. The experiment lasts 672 hours and exposes the wooden duct to moisture that can theoretically occur during 344 shower operations. Temperature and humidity values prevailing in the system during the experiment are measured and evaluated. In parallel, wood moisture measurements are carried out to assess the moisture absorption of the duct material.
The experiment shows that the construction has sufficient resistance to the air saturated with moisture. The measured equilibrium moisture content of spruce wood does not exceed the maximum permissible values of 20%, above which microbial infestation would be possible. However, the superstructure shows cracking on the inner surfaces of the channel. Therefore, protective treatment should be considered.
Next, the report deals with possible wood preservation measurements, based on DIN standard series 350 - "Durability of wood and wood products". Classifications and properties of possible protection methods and products are described in more detail. From this it can be seen that impregnation with a top coating can be recommended for the wooden ducts. Preservatives based on natural ingredients should be used.
In the last part of the report, some possible material alternatives, which can be used for the production of ventilation components are described in more detail. Materials such as cardboard, insulation materials, plastics, bioplastics, wood-based materials and compression-moulded cellulose boards are specified. Of these, wood-based materials and cardboard can be considered to have the most potential for ventilation-related components.
Das Übereinkommen von Paris fordert weltweit die Länder auf, eine langfristige Klimastrategie zu erarbeiten. Die Schweizer Politik setzt auf das 2050 Netto-Null Klimaziel. Netto-Null bedeutet, dass alle durch Menschen verursachten Treibhausgas-Emissionen durch Reduktionsmassnahmen wieder aus der Atmosphäre entfernt werden müssen. Die Schweiz soll unter dem Strich keine Treibhausemissionen mehr ausstossen. Ein Verbesserungspotenzial kann dabei beim Gebäudesektor liegen, welcher für 24% der nationalen CO2-Emissionen verantwortlich ist. Eine mögliche Verminderung der Treibhausgasemissionen kann dabei erzielt werden, wenn bei der Erstellung der gebäudetechnischen Anlageteile Materialien verwendet werden, welche eine bessere Ökobilanz aufweisen.
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit möglichen Materialalternativen für die Herstellung der luftführenden Bauteile in einem Wohnbau. Insbesondere wird geprüft, ob eine Lüftungsverteilung aus Holz eine valable Alternative darstellen kann. Für die praktischen Untersuchungen wird ein Versuchsaufbau verwendet, welcher aus Fichtenholz angefertigt ist und funktionsweise eine einfache bidirektionale Lüftungsanlage darstellt.
Zu Beginn werden die geltenden normativen Anforderungen an lüftungstechnische Bauteile eruiert und qualitativ beschrieben. Die untersuchte Versuchskonstruktion erfüllt mehrheitlich die gestellten technischen Anforderungen. Es besteht dabei keine klare Aussage betreffend der Dichtheitsklasse des Aufbaus.
Der nächste Teil des Berichts befasst sich mit der Betriebsfestigkeit, Hygienebeurteilung und Feuchteresistenz des Versuchsaufbaus. Die genannten Kriterien werden in einem Experiment untersucht. Dabei wird der Aufbau einer Härteprüfung unterzogen. Das Experiment stellt eine fortlaufende Simulation einer Nasszelle mit Duschbetrieb dar, welche mit einem Holzkanalaufbau belüftet wird. Das Experiment dauert 672 Stunden und setzt den Holzkanal einer Feuchtigkeit aus, welche bei 344 Duschvorgängen theoretisch entstehen kann. Gemessen und ausgewertet werden Temperatur- und Feuchtewerte, welche während dem Versuch im System herrschen. Parallel werden Holzfeuchtemessungen durchgeführt, um die Feuchteaufnahme des Leitungsmaterials zu beurteilen.
Das Experiment zeigt, dass die Konstruktion eine genügende Resistenz gegen die mit Feuchte gesättigte Luft aufweist. Die gemessene Ausgleichsfeuchte des verwendeten Holzes überschreitet dabei nicht die maximal zulässigen Werte von 20%, ab welchen ein mikrobieller Befall möglich wäre. Jedoch weist die Aufbaukonstruktion eine Rissbildung an den Kanalinnenoberflächen auf. Daher sollte eine Schutzbehandlung in Betracht gezogen werden.
Als nächstes befasst sich der Bericht mit möglichen Holzschutzmassnahmen, gestützt auf DIN Normenreihre 350 – «Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten». Es werden Klassifizierungen und Eigenschaften der möglichen Schutzverfahren und Produkte genauer beschrieben. Daraus geht hervor, dass für die Holzkanäle
eine Imprägnierung mit einer Deckschicht empfohlen werden kann. Dabei sollten Schutzmittel verwendet werden, welche auf natürlichen Inhaltsstoffen basieren.
Im letzten Teil des Berichts werden einige mögliche Materialalternativen genauer beschrieben, welche für die Herstellung von lüftungstechnischen Bauteilen verwendet werden können. Dabei werden Materialien wie Karton, Dämmmaterialien, Kunststoffe, Bio-Kunststoffe, Holzwerkstoffe und formgepresste Zelluloseplatten spezifiziert. Davon können Holzwerkstoffe und Karton als Materialien mit dem meisten Potenzial für lüftungsführende Bauteile angesehen werden.
The Paris Agreement calls on countries worldwide to develop a long-term climate strategy. Swiss politics is backing on the 2050 net-zero climate strategy. Net-zero means that all greenhouse gas emissions caused by humans must be removed from the atmosphere through reduction measures. The bottom line is that Switzerland should no longer emit any greenhouse emissions. Potential for improvement can be found in the building sector, which is responsible for 24% of national CO2 emissions. A possible reduction in greenhouse gas emissions can be achieved if materials with a better ecological balance are used in the construction of the building services equipment.
This bachelor thesis deals with possible material alternatives for the fabrication of air-conducting components in a residential building. In particular, it is examined whether a ventilation distribution made of wood can represent a valid alternative. An experimental setup, which is made of spruce wood and functionally represents a simple bidirectional ventilation system that is used for the practical investigations.
At the beginning, the applicable normative requirements for ventilation components are elicited and qualitatively described. The investigated test construction fulfils the technical requirements in most cases. Although there is no clear statement regarding the airtightness class of the structure.
The next part of the report deals with the operational stability, hygiene assessment and moisture resistance of the experimental setup. The above criteria are investigated in an experiment. In the process, the superstructure is subjected to a hardness test. The experiment represents a continuous simulation of a wet cell with shower operation, which is ventilated with a wooden duct system. The experiment lasts 672 hours and exposes the wooden duct to moisture that can theoretically occur during 344 shower operations. Temperature and humidity values prevailing in the system during the experiment are measured and evaluated. In parallel, wood moisture measurements are carried out to assess the moisture absorption of the duct material.
The experiment shows that the construction has sufficient resistance to the air saturated with moisture. The measured equilibrium moisture content of spruce wood does not exceed the maximum permissible values of 20%, above which microbial infestation would be possible. However, the superstructure shows cracking on the inner surfaces of the channel. Therefore, protective treatment should be considered.
Next, the report deals with possible wood preservation measurements, based on DIN standard series 350 - "Durability of wood and wood products". Classifications and properties of possible protection methods and products are described in more detail. From this it can be seen that impregnation with a top coating can be recommended for the wooden ducts. Preservatives based on natural ingredients should be used.
In the last part of the report, some possible material alternatives, which can be used for the production of ventilation components are described in more detail. Materials such as cardboard, insulation materials, plastics, bioplastics, wood-based materials and compression-moulded cellulose boards are specified. Of these, wood-based materials and cardboard can be considered to have the most potential for ventilation-related components.
Das Ziel dieser Arbeit war es die Schallintensitäts-Methode mit dem neuen Mess- und Auswerte-
System kennen zu lernen und an typischen Lüftungs-Komponenten anzuwenden und zu validieren.
Im Vordergund stand dabei, Aussagen zur prakischten Anwendung zu machen und Empfehlungen
und Hinweise zu den Einsatzgrenzen einfliessen zu lassen. Die Arbeit beinhaltet verschiedene
Messungen bei der neue Erkenntnisse gewonnen wurden.
Die ersten Messungen erfolgten mit der Referenzschallquelle und es wurde die Auswirkung auf
externe störende Schallquellen geachtet. Dabei zeigten sich die ersten Einsatzgrenzen dieser
Messmethode. Externe Schallquellen, welche lauter sind als 10 Dezibel machen eine Messung
unmöglich. Ebenso machen externe Schallquelle, die verschiedene Höhen und Tiefen haben, wie
Musik eine Messung fehlerhaft.
Die nächste Messung erfolgte wieder mit der Referenzschallquelle. Diesmal wurde die Genauigkeit
der Messvarianten Scanning und Diskrete Punkte getestet und die dafür benötigte Messdauer
gemessen. Beide Varianten waren in der Genauigkeit sehr hoch. Die Scanning Variante weicht in den
tieferen Bereichen etwas ab. Dafür punktet das Scanning im Bereich der Messdauer. Die Messung
erfolgte in doppelter Geschwindigkeit.
Die erste praktische Messung erfolgte an einem Lüftungsauslass. Diese Messung sollte zeigen, wie
sich die Schallintensitäts-Methode gegenüber dem Hüllflächenverfahren schlägt. Auch hier wird die
Messgenauigkeit, die Messdauer und der Aufwand bewertet. Die Messgenauigkeit ist wieder sehr
hoch, jedoch weicht das Scanning dieses Mal etwas weiter ab. Im Vergleich zur Messdauer kann die
Methode mit dem Hüllflächenverfahren nicht mithalten, jedoch ist man ingesamt schneller mit den
Intensitäts-Methode, da keine aufwendigen Vorbereitungen gemacht werden müssen.
Die letzte Messung erfolgte an einem Prüfstand für eine Peltonturbine. Diese Messung sollte zeige,
wie sich die Messmethode in der Praxis schlägt und wie diese abschneidet bei grossen Messungen.
Bei der Messung wurden viele Messhürden aufgezeigt, wie zum Beispiel der kleine verfügbare Platz.
Der Platzbedarf kann, je nach Schallquelle, sehr hoch ausfallen, da ein gewisser Abstand zur
Schallquelle benötigt wird. Ebenfalls braucht die Messung selber Platz für eine saubere Messung. Ist
dies nicht gegeben können diese Begebenheiten die Mess-Methode entscheiden. In dieser Messung
ging die Scanning-Variante nicht, da der Platz dafür gefehlt hat.
Abschliessend kann gesagt werden, dass die Schallintensitäts-Methode solide Messergebnisse mit
relativ kleinem Aufwand liefert. Die Methode eignet sich am besten für kleine bis mittelgrosse
Messungen. Der ideale Frequenzbereich liegt zwischen 125 Hz bis 5'000 Hz. Ausserhalb dieses
Bereichs gilt es andere Messmethode anzuwenden. Das Gleiche gilt für grösse Messungen.
The aim of this work was to get to know the sound intensity method with the new measurement and
evaluation system and to apply and validate it on typical ventilation components. The main focus was
to make statements about the practical application and to give recommendations and hints about the
application limits. The work includes various measurements during which new findings were
obtained.
The first measurements were made with the reference sound source and the effect on external
interfering sound sources was considered. The first limitations of this measurement method became
apparent. External sound sources which are louder than 10 decibels make a measurement
impossible. Likewise, external sound sources that have different highs and lows, such as music,
make a measurement erroneous.
The next measurement was again made with the reference sound source. This time, the accuracy of
the scanning and discrete point measurement variants was tested and the measurement duration
required for them was measured. Both variants were very accurate. The scanning variant deviates
somewhat in the lower ranges. On the other hand, scanning scores in the area of measurement
duration. The measurement was performed at double speed.
The first practical measurement was made on a ventilation outlet. This measurement was to show
how the sound intensity method compares to the enveloping surface method. Again, the
measurement accuracy, the measurement duration and the effort are evaluated. The measurement
accuracy is again very high, but this time the scanning deviates somewhat further. Compared to the
measurement time, the method cannot keep up with the enveloping surface method, but overall it is
faster with the intensity method, since no time-consuming preparations have to be made.
The last measurement was made on a test rig for a Pelton turbine. This measurement should show
how the measurement method performs in practice and how it performs in large measurements. The
measurement revealed many measurement hurdles, such as the small space available. The space
requirement can be very high, depending on the sound source, because a certain distance to the
sound source is needed. Also the measurement itself needs space for a clean measurement. If this is
not given, these conditions can decide the measurement method. In this measurement, the scanning
method did not work because there was not enough space.
In conclusion, it can be said that the sound intensity method provides solid measurement results
with relatively little effort. The method is best suited for small to medium-sized measurements. The
ideal frequency range is between 125 Hz to 5'000 Hz. Outside this range, other measurement
methods must be used. The same applies to large measurements.
Das Ziel dieser Arbeit war es die Schallintensitäts-Methode mit dem neuen Mess- und Auswerte-
System kennen zu lernen und an typischen Lüftungs-Komponenten anzuwenden und zu validieren.
Im Vordergund stand dabei, Aussagen zur prakischten Anwendung zu machen und Empfehlungen
und Hinweise zu den Einsatzgrenzen einfliessen zu lassen. Die Arbeit beinhaltet verschiedene
Messungen bei der neue Erkenntnisse gewonnen wurden.
Die ersten Messungen erfolgten mit der Referenzschallquelle und es wurde die Auswirkung auf
externe störende Schallquellen geachtet. Dabei zeigten sich die ersten Einsatzgrenzen dieser
Messmethode. Externe Schallquellen, welche lauter sind als 10 Dezibel machen eine Messung
unmöglich. Ebenso machen externe Schallquelle, die verschiedene Höhen und Tiefen haben, wie
Musik eine Messung fehlerhaft.
Die nächste Messung erfolgte wieder mit der Referenzschallquelle. Diesmal wurde die Genauigkeit
der Messvarianten Scanning und Diskrete Punkte getestet und die dafür benötigte Messdauer
gemessen. Beide Varianten waren in der Genauigkeit sehr hoch. Die Scanning Variante weicht in den
tieferen Bereichen etwas ab. Dafür punktet das Scanning im Bereich der Messdauer. Die Messung
erfolgte in doppelter Geschwindigkeit.
Die erste praktische Messung erfolgte an einem Lüftungsauslass. Diese Messung sollte zeigen, wie
sich die Schallintensitäts-Methode gegenüber dem Hüllflächenverfahren schlägt. Auch hier wird die
Messgenauigkeit, die Messdauer und der Aufwand bewertet. Die Messgenauigkeit ist wieder sehr
hoch, jedoch weicht das Scanning dieses Mal etwas weiter ab. Im Vergleich zur Messdauer kann die
Methode mit dem Hüllflächenverfahren nicht mithalten, jedoch ist man ingesamt schneller mit den
Intensitäts-Methode, da keine aufwendigen Vorbereitungen gemacht werden müssen.
Die letzte Messung erfolgte an einem Prüfstand für eine Peltonturbine. Diese Messung sollte zeige,
wie sich die Messmethode in der Praxis schlägt und wie diese abschneidet bei grossen Messungen.
Bei der Messung wurden viele Messhürden aufgezeigt, wie zum Beispiel der kleine verfügbare Platz.
Der Platzbedarf kann, je nach Schallquelle, sehr hoch ausfallen, da ein gewisser Abstand zur
Schallquelle benötigt wird. Ebenfalls braucht die Messung selber Platz für eine saubere Messung. Ist
dies nicht gegeben können diese Begebenheiten die Mess-Methode entscheiden. In dieser Messung
ging die Scanning-Variante nicht, da der Platz dafür gefehlt hat.
Abschliessend kann gesagt werden, dass die Schallintensitäts-Methode solide Messergebnisse mit
relativ kleinem Aufwand liefert. Die Methode eignet sich am besten für kleine bis mittelgrosse
Messungen. Der ideale Frequenzbereich liegt zwischen 125 Hz bis 5'000 Hz. Ausserhalb dieses
Bereichs gilt es andere Messmethode anzuwenden. Das Gleiche gilt für grösse Messungen.
The aim of this work was to get to know the sound intensity method with the new measurement and
evaluation system and to apply and validate it on typical ventilation components. The main focus was
to make statements about the practical application and to give recommendations and hints about the
application limits. The work includes various measurements during which new findings were
obtained.
The first measurements were made with the reference sound source and the effect on external
interfering sound sources was considered. The first limitations of this measurement method became
apparent. External sound sources which are louder than 10 decibels make a measurement
impossible. Likewise, external sound sources that have different highs and lows, such as music,
make a measurement erroneous.
The next measurement was again made with the reference sound source. This time, the accuracy of
the scanning and discrete point measurement variants was tested and the measurement duration
required for them was measured. Both variants were very accurate. The scanning variant deviates
somewhat in the lower ranges. On the other hand, scanning scores in the area of measurement
duration. The measurement was performed at double speed.
The first practical measurement was made on a ventilation outlet. This measurement was to show
how the sound intensity method compares to the enveloping surface method. Again, the
measurement accuracy, the measurement duration and the effort are evaluated. The measurement
accuracy is again very high, but this time the scanning deviates somewhat further. Compared to the
measurement time, the method cannot keep up with the enveloping surface method, but overall it is
faster with the intensity method, since no time-consuming preparations have to be made.
The last measurement was made on a test rig for a Pelton turbine. This measurement should show
how the measurement method performs in practice and how it performs in large measurements. The
measurement revealed many measurement hurdles, such as the small space available. The space
requirement can be very high, depending on the sound source, because a certain distance to the
sound source is needed. Also the measurement itself needs space for a clean measurement. If this is
not given, these conditions can decide the measurement method. In this measurement, the scanning
method did not work because there was not enough space.
In conclusion, it can be said that the sound intensity method provides solid measurement results
with relatively little effort. The method is best suited for small to medium-sized measurements. The
ideal frequency range is between 125 Hz to 5'000 Hz. Outside this range, other measurement
methods must be used. The same applies to large measurements.