Carmeliet

Education

Bachelor Master Wahlfächer Master MBS Bauingenieure
Baumaterialien I Wahlfacharbeit Baumaterialien II Materials and Constructions Moisture & Durability
Bauphysik I Schwerpunktarbeit Bauphysik IV Building Physics: Theory and Application
Bauphysik II Masterarbeit Raumakustik Whole Building Simulation
Bauphysik III Indoor Environment, Resources and Safety
Integrierter Entwurf Building Systems
Urban Physics
Application of CFD in Buildings



Baumaterialien 1: Struktur-Eigenschaften-Verwendung

Dozenten: P. Richner / T. Zimmermann / F. Winnefeld / O. Trzebiatowski

Im Rahmen der Vorlesung werden die grundlegenden Eigenschaften der mineralischen, metallischen und polymeren Baustoffe sowie von Holz und Glas behandelt.
Damit soll eine materielle Basis für die Konstruktion geliefert werden. Zum Stoff gehören auch die relevanten ökologischen Zusammenhänge wie Rohstoffverfügbarkeit, Produktionsaufwand, Schadstoffabgabe und Entsorgung respektive Wiederverwertung.



Baumaterialien 2: Holz, Kunststoff, Metalle und Glas

Dozenten: T. Zimmermann / M. Koebel / O. Trzebiatowski / U. Moor

Kurzbeschreibung
Es werden die Eigenschaften der Baustoffe Holz, Polymere und Composites vertieft behandelt. Kenntnisse zur zeitgemässen Anwendung dieser Baustoffe in der Architektur und im Bauwesen werden anhand von theoretischen Betrachtungen, praktischen Beispielen und mit Bezug zu aktuellen Forschungsprojekten vermittelt.

Lernziel
Holz:
Sie lernen wichtige Kenngrössen und Eigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen (HWS) und ihre Bedeutung für das Materialverhalten in der Anwendung kennen. Aus der Kenntnis des Materialverhaltens können Sie die Beurteilung der Einsatzmöglichkeiten von Holz und HWS ableiten. Sie kennen die Mechanismen und Folgen verschiedener physikalischer Beanspruchungen auf Holz und können Beanspruchungsbedingungen beim Einsatz von Holz in Innen- und Aussenanwendungen ableiten. Sie lernen die organisatorischen, planerischen und materialspezifischen Massnahmen für die Gewährleistung einer ausreichenden Dauerhaftigkeit im Holzbau kennen, anwenden, und beurteilen (Holzschutzkonzept). Die Schulung und Entwicklung eines Gespürs für den adäquaten Umgang mit Holz und HWS im Bauwesen werden gefördert. Zudem sind Sie in der Lage, die Bedeutung von Holz als Ressource volkswirtschaftlich und im Sinne der Nachhaltigkeit einschätzen.

Kunststoffe:
Sie lernen die grundlegenden Eigenschaften von polymeren Baustoffen und deren Bedeutung für den Einsatz im Bau kennen. Damit bekommen sie die Grundlagen, um fallweise entscheiden zu können, welche Vor- und Nachteile polymere Baustoffe in einem spezifischen Anwendungsfall haben. Dazu gehört auch ein vertieftes Verständnis der relevanten Alterungs- und Degradationsmechanismen, denen polymere Baustoffe in der Praxis unterliegen. Nebst den übergeordneten Aspekten des Brandverhaltens und des Recyclings werden Sie die wichtigsten Anwendungen für Polymere im Bau kennen lernen: Rohre und Rohrleitungen, Dämmstoffe und Dichtungsbahnen, transparente Membranen, Beschichtungen und Klebstoffe.

Inhalt
Holz: gelesen von T. Zimmermann
Spezifische Eigenschaften und Merkmale von Massivholz und Holzwerkstoffen werden detailliert vermittelt. Es werden Kenntnisse vorgestellt, um diese Materialien funktions- und anforderungsgerecht in Bauanwendungen einzusetzen. Aktuelle Entwicklungen aus der Produkt- und Anwendungstechnologie und deren Einsatz im Holzbau werden erläutert und illustriert, und die Bedeutung der nachwachsenden Ressource Holz im nachhaltigen Bauen wird diskutiert.

Kunststoffe: gelesen von P. Richner
Vertiefung in die speziellen Eigenschaften der Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere als Materialien in der Fassade, im Dach und in der Gebäudetechnik. Bevorzugte Anwendungen sind Kunststoffe für Sanitär- und Heizungssysteme, transparente Gebäudehüllen, Abdichtungssysteme, Faser verstärkte Kunststoffe.

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Bauphysik I: Wärme, Akustik

Dozenten: J. Carmeliet / M. Ettlin

Kurzbeschreibung
Stationary heat transport: conduction, convection and radiation
Heat transport through transparent elements
Grundlagen der Bau- und Raumakustik

Lernziel
The goals are to acquire
• basic knowledge of stationary heat transport and building acoustics
• skills for application of knowledge for the design and performance analysis of buildings and building components

The students have basic knowledge in the following fields:
1. Heat transport. general: definitions, conduction, convection and radiation
2. Stationary heat transport
3. Conduction
• Transport and heat conservation
• 1-dimensional conduction: thermal resistance, single and multi-layered walls, U-value, axi-symmetric problems (tubes)
• 2D and 3D heat transport: thermal bridges
4. Convection
• Driving forces and nature of flow
• Non-dimensional analysis and convective heat transfer coefficient
5. Radiation
• General: definitions
• Radiation between black bodies
• Radiation between grey bodies
• Heat transfer coefficient for radiation
• Solar radiation
6. Heat transport through transparent elements: glass, advanced glazing

Die Studierenden erwerben Grundlagenwissen in den folgenden Gebieten:
- Beschreibung des Schalls, Schallempfindung, Eigenschaften von Schallwellen
- Schallausbreitung
- Bauakustik: Luftschalldämmung, Körperschalldämmung
- Raumakustik

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Building Physics II: Moisture

Lecturer: T. Defraeye

Objectives
• to develop a basic understanding of mass transport and buffering
• to become aware of potential moisture-related damage and health risks
• to learn how to (i) design building components and (ii) assess their hygrothermal performance

Course content
• hygrothermal loads
• conservation of mass
• dry air: constitutive behaviour, transport, potential problems and solutions
• moist air: constitutive behaviour, transport, potential problems and solutions
• liquid water: constitutive behaviour, transport, potential problems and solutions
• moisture-induced degradation processes
• case studies
• exercises

Course material
Handouts (+ supporting material and exercises) can be downloaded on this website (in documents section).
• The course syllabus can be bought at the Chair of Building Physics.
• Some important course information can be found here.

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Bauphysik III: Energie & Komfort

Dozent: J. Carmeliet und Gastdozenten: V. Dorer / E. Hugi / K. Ghazi Wakili

Kurzbeschreibung
Grundlagen der thermischen Behaglichkeit, der Tageslichtnutzung und des Energiehaushaltes von Gebäuden

Lernziel
Die Studierenden erwerben Grundlagenwissen in den folgenden Gebieten:
- Aussenklima
- Thermische Behaglichkeit
- Instationärer Wärmedurchgang
- Transparente Bauteile
- Luftaustasch
- Instationäres Verhalten eines Raumes
- Energie und Nachhaltigkeit
- Tageslicht

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Course material
All material is accessible via the menu "Documents" at the left.

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Raumakustik

Dozent: K. Eggenschwiler

Kurzbeschreibung
Einfluss von Form und Material auf die Sprach- und Musik-Hörsamkeit in Räumen. Besonderen Anforderungen an akustisch sensible Räume wie Schulzimmer, Musikzimmer, Theater, Konzertsäle, Opernhäuser und Kirchen (historischen und neue Bauten). Moderne Berechnungs- und Beurteilungsverfahren. Einführung in die Beschallungstechnik für Sprache.

Lernziel
Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, den Stellenwert der Raumakustik zu erkennen und einfache Räume selbständig akustisch projektieren zu können.

Inhalt
Zu Beginn wird versucht, die Aufmerksamkeit auf die akustische Dimension des Raumes zu lenken, ohne die anderen Wahrnehmungsbereiche auszuschliessen. Dann wird der Einfluss von Form und Material auf die Sprach- und Musik-Hörsamkeit in Räumen an Beispielen und mit Hilfe der spezifischen Werkzeuge der technischen Akustik untersucht. Es werden die besonderen Anforderungen akustisch sensibler Räume wie Schulzimmer, Musikzimmer, Theater, Konzertsäle, Opernhäuser und Kirchen theoretisch und an historischen sowie neuen Bauten diskutiert. Moderne Berechnungs und Beurteilungsverfahren werden dargestellt und es wird eine kleine Einführung in die Beschallungstechnik für Sprache gegeben.

Info & Dokumente
www.arch.ethz.ch/eggenschwiler

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Integrierter Entwurf

Kurzbeschreibung
Evaluation of the energy use in buildings
Hygrothermal analysis of a building wall component
Detailing regarding hygrothermal behaviour

Lernziel
The goal is that the students learn to evaluate hygrothermal and energy performance of the building in the different stages of the design process. The students learn to evaluate and optimize their design, to choose adequate wall solutions and materials, to design details from a perspective of hygrothermal performance.

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Wahlfacharbeit

Wahlfacharbeiten dienen der eigenständigen Auseinandersetzung mit den Inhalten der entsprechenden Wahlfächer. Für die 5 Kreditpunkte muss je eine Wahlfacharbeit (Seminararbeit) im Umfang von ca. 150 Arbeitsstunden verfasst werden.
Das Thema der Wahlfacharbeit muss zwingend vor Beginn der Arbeit mit den jeweiligen Dozenten abgesprochen und von diesen genehmigt werden.

vorgeschlagene Themen:

A CFD Solver for Mesoscale Atmospheric Problems
Filling the gap between CWE and MMM
Time-resolved scalar transport in streets squares and courtyards
Ozone formation in a street canyon
Hybrid design of boundary layers for WE applications
Design of a force balance for measurements of drag force generated by trees in the wind tunnel
Impact of different building facades and thermal stratification on the flow field in street canyons
Experimental determination of mechanical properties of wood in function of moisture content using digital image correlation

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Schwerpunktarbeit

Kurzbeschreibung
Whole building simulation and optimization of a building including energy, comfort and moisture behavior.

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Masterarbeit

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Materials and Constructions

Lecturer: M.Koebel

Short description
• Sustainable building construction
• high performance materials for energy efficient buildings
• focus on next generation building materials
• sustainable construction
• glazing
• energy integration
• production processes

Objective
The students will acquire knowledge in the following fields:
• Fundamentals of heat transport in (porous) materials
• Super-insulating materials and systems (including insulating nano-materials)
• Materials for retrofitting of buildings
• Introduction to durability problems of building facades
• Glazing, windows and glazed facades
• Materials for photovoltaic devices and solar thermal collector technology and their integration into buildings
• Materials for energy storage (thermal, electrical) and for decentralized energy generation
• Embodied energy of building materials. Introduction to LCA analysis for building materials
• Integrated building envelope solutions, multi-functional and adaptive facades, smart façade concepts

Course material
J. Fricke, W.L. Borst: Essentials of Energy Technology: Sources, Transport, Storage, Conservation, ISBN-13: 978-3527334162.

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Building Physics: Theory and Application

Lecturers: D. Derome, J. Carmeliet, K. Orehounig

Short description
• principles of heat and mass transport
• hygro-thermal performance
• durability of the building envelope and interaction with indoor and outdoor climates
• applications

Objective
The students will acquire in the following fields:
• Principles of heat and mass transport and its mathematical description
• Indoor and outdoor climate and driving forces
• Hygrothermal properties of building materials
• Building envelope solutions and their construction
• Hygrothermal performance and durability

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#Urban Physics:

Building Physics IV: Urban physics

Lecturers: J. Carmeliet, J. Allegrini, D. W. Brunner, C. Schär, H. Wernli, J. M. Wunderli

Objectives:
• Basic knowledge of the global climate and the local microclimate around buildings
• Impact of urban environment on wind, ventilation, rain, pollutants, acoustics and energy, and their relation to comfort, durability, air quality and energy demand
• Application of urban physics concepts in urban design

Course content
• Climate Change. The Global Picture: global energy balance, global climate models, the IPCC process. Towards regional climate scenarios: role of spatial resolution, overview of approaches, hydrostatic RCMs, cloud-resolving RCMs
• Urban micro climate and comfort: urban heat island effect, wind flow and radiation in the built environment, convective heat transport modelling, heat balance and ventilation of urban spaces ¿ impact of morphology, outdoor wind comfort, outdoor thermal comfort
• Urban energy and urban design. Energy performance of building quarters and cities, decentralized urban energy production and storage technologies, district heating networks, optimization of energy consumption at district level, effect of the micro climate, urban heat islands, and climate change on the energy performance of buildings and building blocks
• Wind driving rain (WDR): WDR phenomena, WDR experimental and modeling, wind blocking effect, applications and moisture durability
• Pollutant dispersion. pollutant cycle : emission, transport and deposition, air quality
• Urban acoustics. noise propagation through the urban environment, meteorological effects, urban acoustic modeling, noise reduction measures, urban vegetation



Moisture & Durability

Dozent: J. Carmeliet, D. Derome and P. Moonen

Kurzbeschreibung
Moisture transport and related degradation processes in building and civil engineering materials and structures; concepts of reliability analysis, poromechanics and multiscale analysis; analysis of damage cases.

Lernziel
- Basic knowledge of moisture transport and related degradation processes in building and civil engineering materials and structures
- Introduction to concepts of reliability analysis, poromechanics and multiscale analysis
- Application of knowledge for the analysis of damage cases

Inhalt
1. Moisture related damage: introduction and examples
2. Introduction to durability and reliability: definition, methodology, stochastic approaches, determination of failure criteria
3. Moisture transport in porous materials
• moisture in open porous materials
.sorption
.hysteresis
• moisture transport in porous materials
.vapour transport
.liquid transport
.applications : capillary uptake, pressure infiltration, rising damp, drying, hydrophobic treatment
• introduction to non-isothermal moisture transport
4. Introduction to poromechanics
• introduction to poro-elasticity in unsaturated porous media,
• damage due to restrained swelling and shrinking
• chemical damage: salt damage due to crystallisation
• case study: cracking and blistering of outside renderings
5. New advances in durability:
• Stochastic approach to durability: concepts, characterization of environmental loads, examples
• Multiscale multiphysics approach to porous materials: mechanical, transport processes and coupling phenomena
• Example: multiscale multiphysics of wood

Course material
Handouts (+ supporting material and exercises) can be downloaded on this website (in documents section).
Moisture_introduction, Moisture_theory01, Moisture_transport01, Moisture_transport02, Moisture_transport03

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Seite zuletzt geändert am 26.09.2016 11:40 Uhr