In der Bauwerksaerodynamik liegt der Schwerpunkt auf der Bestimmung von Windlasten auf Tragwerke und Fassaden von Gebäuden und Bauwerken. Es kann aber auch um den Windkomfort von Personen gehen. Eine weitere Anwendung ist die Ausbreitung von Rauch, Schadstoffen oder Gerüchen. Für Versuche stehen zwei Grenzschichtwindkanäle und ein Akustikwindkanal zur Verfügung.

Windlasten von Gebäuden

Wind ist eine Naturgewalt, die nicht ständig auf ein Bauwerk wirkt. Man unterscheidet nach der Wirkrichtung, dem Winddruck und Windsog. In der Norm werden Gebäude ferner in windgeschützte Bereiche (Lee, Sog) und windangeströmte Bereiche (Luv, Druck) eingeteilt. 

Aus Experimenten ist bekannt, dass die Wirkung des Windes von dessen Stärke (Staudruck in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit) und der Gebäudeform abhängig ist.

Niedrige Gebäude werden vom Wind weniger stark angeströmt als hohe Gebäude. Das wird bei der Berechnung des Staudrucks nach Norm erfasst und der Auswertung damit zugrunde gelegt.

Erst vor etwa 120 Jahren begannen Ingenieure das Wissensgebiet des Windes und der damit zusammenhängenden Luftströmungen zu erforschen bzw. bei ihren Planungen zu beachten. Zuvor wurde oft die Windkraft unterschätzt. Das führte dazu, dass das Auftreten von Stürmen allein oder in Verbindung mit anderen ungünstigen Einwirkungen Schäden oder Zerstörungen von Bauwerken verursachte.

Heute ist der Lastfall Wind ein wesentlicher Bestandteil bei der Bemessung von Gebäuden. Häufig kommt die Lastkombination Wind und Schnee zum Tragen. Beim Nachweis von Verbindungsmitteln ist ebenfalls der Wind nicht zu unterschätzen. Ziel der Beachtung des Lastfalls Wind ist auf jeden Fall sturmsichere Gebäude als Zufluchtsort zu schaffen.

Die Windlasten wurden früher nach der deutschen DIN 1055-4 (letzte Ausgabe 2005-03, gültig bis Dezember 2010) ausgelegt. Seitdem gilt die DIN EN 1991-1-4 in der Ausgabe Dezember 2010 zusammen mit dem zugehörigen deutschen Nationalen Anhang. In beiden Normen sind Standardwerte für einfache Baukörper als Katalog vorhanden. Kompliziertere Baukörper, Hochhäuser etc. können und sollen hingegen mit Windkanalversuchen projektspezifisch in ihren Windlasten bestimmt werden. Dies macht auch wirtschaftlich absolut Sinn, da z.B. die Windlasten an Hochhäusern ab 50 m Höhe um rund 20% und ab 100 m um rund 30% nach Norm überschätzt werden.

Fragen Sie doch Ihr Projekt unverbindlich bei unseren Experten an, wir beraten Sie gerne!

Windlasten an Bauteilen

Im Hinblick auf die Errichtung von PV-Anlagen stellt sich die Frage der Lagesicherheit, da diese Anlagen auf den vorhandenen Dächern in der Regel nur aufgestellt werden, nicht aber durch die Dachhaut gegen Verschieben oder Abheben gesichert werden können. Da viele Flachdächer aber nur begrenzte Lastreserven aufweisen, versucht man Systeme zu finden, die mit möglichst wenig Ballast bzw. bei normaler Exposition allein mit dem Eigengewicht auskommen. Diese Systeme werden in der Fachliteratur aktuell unter dem Begriff „ballastfrei" bzw. korrekter „ballastarm" kontrovers diskutiert, da es nach DIN EN 1991-1-4:2010-12 keine Ansätze für die hierbei genutzten Druckausgleichsvorgänge gibt.

Für ballastgesicherte Flachdach-Photovoltaiksysteme bietet sich daher die Durchführung von Windkanal-Modellversuchen nach WtG-Richtlinie an, um die realistischerweise zu erwartenden Windlasten und daraus zu bemessenden eventuellen Ballastanforderungen im Sinne der DIN EN 1991-1-4:2010-12, Kapitel 1.5 korrekt zu ermitteln.  Flachdächer in diesem Sinne sind Dächer, die weniger als ± 5° geneigt sind (s. DIN EN 1991-1-4:2010-12), so dass hinsichtlich der Überströmung durch Wind von einem Strömungsabriss an der Dachkante bzw. Attika ausgegangen werden darf (was streng genommen noch bis etwas über 20° Dachneigung so auftritt). Dies wird abgegrenzt im Gegensatz zu Steildächern, die als Abrisskante vom First bzw. Dachhochpunkt dominiert werden. Typisch für die Überströmung von Flachdächern ist die Ausbildung von Randwirbeln bei Anströmung über Eck. Diese auch als „Tütenwirbel" bezeichneten Strömungsformen besitzen hohe lokale Drehgeschwindigkeiten und erzeugen vor allem im Eck- und Randbereich entsprechend hohe Sogwirkungen auf das Dach.

Messungen an einer Vielzahl von PV-Systemen am I.F.I. Institut für Industrieaerodynamik GmbH, Institut an der Fachhochschule Aachen konnten belegen, dass die Belastungen der auf einem Flachdach aufgestellten Anlagen deutlich unter den streng genommen hierfür nicht gedachten Kennwerten ähnlicher Geometrien (z.B. Sheddach oder frei stehende Dächer) nach DIN EN 1991-1-4: 2010-12 liegen, da die Windlasten über den PV-Modulen wesentlich durch einen Druckausgleich mit dem Luftraum auf deren Unterseite ausgeglichen und dadurch für die Module selbst nicht voll wirksam werden.

Auch für PV-Freilandanlagen werden nach EN 1991-1-4, Abschnitt 7.3 bisher konservative Lastbeiwerte von cp = +2,0 und -2,6 [-] bereits für den Mittelbereich A freistehender Pultdächer nach Norm gefordert. Rand- und Eckbereiche würden mit Beiwerten bis zu cp = 3,1 und -3,2 bemessen. Windkanalmessungen an Freiland-Photovoltaikanlagen zeigen hingegen, dass selbst für die erste Reihe einer Anlage im Norden die abhebenden Lasten zur Bemessung der Unterkonstruktionen um mindestens 30% zu hoch bemessen würden. Für die erste Reihe im Süden sind die auf Druck gegen den Boden wirkenden cp-Werte um bis zu 50% überdimensioniert. Reihen welche sich im Windschatten zwischen Nord- und Südreihe befinden erreichen noch größere Windlastabminderungen.

Windkomfort

Windkomfort

Eine Windkomfortstudie analysiert und quantifiziert die Veränderungen der bodennahen Windgeschwindigkeiten durch die Verdrängungs- und Leitwirkung vorhandener und geplanter Bebauung. Im Ergebnis ergeben sich Aussagen zur lokalen Windberuhigung oder auch -beschleunigung, welche eine wichtige Grundlage für die Bewertung der späteren Nutzbarkeit der verschiedenen Außenflächen, z. B. für Cafés (sitzender Aufenthalt), Schaufensterflächen (stehender Aufenthalt) oder auch normale Flächen für den Fußgängerverkehr (ohne Beeinträchtigung der Begehbarkeit), darstellen.

In einigen Städten werden diese Aussagen auch im Rahmen von Umweltverträglichkeitsprüfungen ausgewertet.  

Durch Analyse der Bereiche mit erhöhten Windbelastungen können zudem Maßnahmen bestimmt werden, wie durch kleine Geometrieänderungen an den Gebäuden, Ergänzung von Bepflanzung oder Vordächern, lokal unerwünschte Effekte gegebenenfalls verhindert oder zumindest reduziert werden können.

Die Windkomfortstudie wird in einem I.F.I.-Grenzschichtwindkanal anhand eines Ausschnittsmodells der Stadtumgebung, z. B. im Maßstab 1:500, durchgeführt. Sie gliedert sich normalerweise in drei Teile, die Sanderosionsuntersuchung, die Messungen der lokalen Windgeschwindigkeiten und -turbulenzen und der Überprüfung von Verbesserungsmaßnahmen.

Bei der Sanderosionsuntersuchung können durch zeitlich versetzte Aufnahmen des Abtrags einer zuvor aufgebrachten Sandschicht auf der Grundplatte des Modells Rückschlüsse auf die lokalen Windintensitäten gezogen werden. Diese Untersuchung erfolgt für verschiedene Windrichtungen in 30°-Schritten.

Für die bei der Sanderosionsuntersuchung festgestellten Stellen erhöhter Windexposition werden ergänzend Messungen der lokalen Windgeschwindigkeiten und Windturbulenzen für kritische Windrichtungen durchgeführt.

Werden lokal kritische Windverhältnisse festgestellt, so werden in Rücksprache mit dem Auftraggeber kompensierende Maßnahmen im fraglichen Gebiet untersucht.

Steuerungen

Zu diesem Bereich bieten wir Ihnen Unterstützung zu folgenden Steuerungen an:

  • Lüftungssteuerungen
  • Entrauchungssteuerungen
  • Sonnenschutzsteuerungen
  • Sicherheitsdruckbelüftungen
  • Sicherheitsfenstersteuerungen
  • Inbetriebnahmemanagement

Wir gehen auf Ihre Wünsche und Bedürfnisse ein und erstellen ein individuelles Konzept für Ihr Unternehmen. Bitte sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie gern.

Dichtheitsuntersuchungen

Dichtheitsuntersuchungen

Aufgabe

Dichtheitsuntersuchungen können an Gebäuden zur Feststellung der Qualität der Gebäudehülle durchgeführt werden sowie an Bauteilen, z.B. Kanälen oder abgehängten Decken zum Nachweis eines unkritischen Leckageverhaltens.

Verfahren

Ersteres erfolgt nach ISO 9972, als sogenannte Blower-Door-Prüfung, wobei über einen Türeinsatz mit Ventilator das Gebäude oder der Gebäudeteil gezielt auf Über- oder Unterdruck gesetzt werden kann. Letzteres erfordert oft angepasste Prüfstandsaufbauten, die wir gern für Sie erstellen.

Lösung

Unsere Spezialität sind Vor-Ort-Prüfungen auch an großen industriellen Baukörpern, wie z.B. Hochregallager, Kühl- und Tiefkühllager sowie Lager mit Permanent-Inertisierung oder anderem Spezialklima durchzuführen. Hierbei werden naturgemäß besonders hohe Anforderungen an die Dichtigkeit gestellt. Auch sehr große Lager mit bis zu 400.000 m³ Rauminhalt wurden von uns bereits erfolgreich geprüft und konnten auf dieser Basis dann unkompliziert abgenommen werden.

Ebenso kompetent sind wir in der Prüfung von (Sonder-) Bauteilen und dichter Verarbeitung z.B. von Bauplatten. Hier wird oftmals nicht nur die Dichtigkeit, sondern auch die Versagenslast als Prüfgröße abgefragt. Wir haben dafür stets den passenden Prüfaufbau und Ventilator!

Vorteil

Wir sind Spezialisten nicht nur für die Leckageströmung, sondern auch für die Bauphysik und Konstruktion der Hülle sowie oft mitspielende innere oder äußere Druckdifferenzen. So können wir auch die Ursachen von Druck- und Feuchteeffekten effizient beurteilen und zuordnen oder ausscheiden.

Unsere Ansprechpartner

Dr.-Ing. Thorsten Kray

Leiter der Abteilung für Bauwerksaerodynamik

Ihr Ansprechpartner für:
Windlasten auf Bauwerke und Solaranlagen

Sprache:
Deutsch, Englisch, Französisch
+49.241.879708-12 | +49.241.879708-10 | kray@ifi-ac.com

Daniel Markus, M.Sc.

Stellv. Leiter der Abteilung für Bauwerksaerodynamik

Ihr Ansprechpartner für:
Windlasten auf Bauwerke und Solaranlagen

Sprache:
Deutsch, Englisch
+49.241.879708-18 | +49.241.879708-10 | markus@ifi-ac.com

Referenzen

Haben Sie eine Frage?

Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren

Wegbeschreibung

I.F.I. Hauptgebäude

Arbeitszeit

Montag - Freitag: 08:00–17:00
Samstag - Sonntag: geschlossen

Telefonnummer & Online

Telefonnummer: +49.241.879708-0
Fax: +49.241.879708-30
info [at] ifi-ac.de

wave

I.F.I. Institut für Industrieaerodynamik GmbH
Institut an der Fachhochschule Aachen

Welkenrather Straße 120, 52074 Aachen, Deutschland
+49.241.879708-0 | +49.241.879708-30 |

© Copyright 2019 I.F.I. Institut für Industrieaerodynamik GmbH | Kontakt | Datenschutzerklärung