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Im Rahmen der Dissertation wurden ein Reaktordesign und eine Reaktionsführung für einen in einer offenen Prozessführung betriebenen thermochemischen Energiespeicher erarbeitet. Als Speichermaterial wurde ein binderfreier Zeolith 13X (Firma Chemiewerke Bad Köstritz) sowie neue, am ITW hergestellte Kompostmaterialien aus dem binderfreien Zeolith 13X und den Salzen Magnesiumsulfat und Calciumchlorid untersucht. Durch die Speicherung der Solarwärme in einem reversiblen Prozess (Sorption bzw. Hydratation) ist eine kompakte und nahezu verlustfreie Speicherung der Solarenergie aus den Sommermonaten bis in die Wintermonate hinein möglich. Damit kann die Effizienz der solaren Kombianlage gesteigert sowie der Anteil der solar bereitgestellten Wärme zur Gebäudebeheizung erhöht werden. Es wurden experimentelle Untersuchungen an den Speichermaterialien sowie numerische und experimentelle Untersuchungen zum Reaktordesign und zur Reaktionsführung durchgeführt. Die experimentellen Materialuntersuchungen am Einzelpartikel und im Haufwerk gaben Aufschluss über das Reaktionsgleichgewicht, über die Speicherdichte und über das makroskopische Reaktionsverhalten der Speichermaterialien. Gleichzeitig wurden durch die Materialuntersuchungen neue Erkenntnisse bezüglich des Einflusses des in den Zeolithen eingebrachten Salzes auf die Porenstruktur des Zeolithen sowie auf die Sorptionskapazität und auf das Reaktionsverhalten des Komposits gewonnen. Ein wesentliches Ergebnis war, dass die Sorptionskapazität des Komposits nur bei einem hohen Wasserdampfgehalt der Luft über der Sorptionskapazität des reinen Zeolithen lag. Bei geringeren Feuchten wurde eine deutlich verminderte Sorptionskapazität des Komposits beobachtet (Abnahme um 15 bis 30 %). Ein Grund hierfür war, dass durch das Einbringen des Salzes in den Zeolithen das Mikroporenvolumen und die Mikroporenoberfläche und damit die zur Verfügung stehende Adsorptionsoberfläche reduziert wurden. Dennoch wurde beim Komposit aus Zeolith und Magnesiumsulfat eine mit dem Zeolithen vergleichbare, ...

In der vorliegenden Arbeit wird ein komponentenbasiertes Framework zur energetischen Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen entwickelt. Heiz- und raumlufttechnische Anlagen können mit der Hilfe der Methode der Bedarfsentwicklung anhand ihres Energieaufwandes während der Planung und des Betriebes bewertet werden. Die Bewertung erfolgt durch: - die Feststellung des Energiebedarfs und der ihn zu beeinflussenden Größen mit Hilfe einer Gebäudesimulation - die Feststellung des Aufwands, der eine Anlage zur Befriedigung des Bedarfs benötigt, mit Hilfe einer Anlagesimulation - den kontinuierlichen Vergleich der durch die Messung gewonnenen Raum- und Anlagezustände mit simulierten Werten mit Hilfe einer gekoppelten Gebäude- und Anlagesimulation. Dem komponentenbasierten Framework liegt eine Architektur zugrunde, welche sich durch eine klare Trennung der Komponente Gebäude- und Anlagedatenmodell von den Berechnungskomponenten auszeichnet. Das Kernstück der Arbeit ist die Entwicklung und die Implementierung der Komponente Gebäude- und Anlagedatenmodell aus Sicht der Technischen Gebäudeausrüstung. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der Behandlung von Fragen der Gebäudetechnik und hier insbesondere auf der Einbindung von Gebäude- und Anlagesimulationen während der Planung und des Betriebs. Der Rahmen für die Entwicklung des Datenmodells ist durch das aktuelle Austauschmodell der Industrieallianz für Interoperabilität (IAI) vorgegeben. Das Datenmodell erweitert dieses Austauschmodell um die Beschreibung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen. Nach der Vorgaben der IAI ist es die Aufgabe des Datenmodells, den Datenaustausch zwischen Komponenten zu ermöglichen. Die Aufgaben des hier entwickelten Datenmodells gehen allerdings über den Datenaustausch hinaus, da es zur einheitlichen Beschreibung von Gebäuden und deren Anlagen während des gesamten Lebenszyklus dient. Dazu muss es dynamisch erweiterbar sein und eine so große Informationsdichte besitzen, dass die Daten in verschiedenen Phasen des Gebäudelebenszyklus ohne ...

Ziel dieser Arbeit ist es, ausgehend von vorhandenen Ansätzen, ein geschlossenes Konzept für die Berücksichtigung von Schäden durch die Schadstoffbelastung der Umwelt als Ergänzung von Volkswirtschaftlichen Gesamtrechnungen, sogenannten Umweltökonomischen Gesamtrechnungen (UGR), abzuleiten und dieses anhand der Umweltbelastung durch Luftschadstoffe und toxische Substanzen durchzuführen. Ausgehend von der Diskussion der beiden übergeordneten Ziele für eine umweltverträgliche wirtschaftliche Entwicklung, Effizienz und Nachhaltigkeit, werden zunächst Unterziele in Form von Prioritäten aufgestellt. Aus ihnen wird dann auf der Basis vorhandener Konzepte zu Indikatoren und UGR ein System von aggregierten Indikatoren entwickelt. Zur Berechnung der Indikatoren wird die Methodik des erweiterten Wirkungspfadansatzes vorgestellt. Neben der detaillierten Diskussion von Konzentrationswerten und Gesamtschäden für 1990 und 1998 erfolgt eine Analyse des zeitlichen und räumlichen Imports und Exports von Schäden sowie der Schäden, die durch unterschiedliche wirtschaftliche Aktivitäten in Deutschland entstehen. Zusätzlich werden mit Hilfe der Indikatoren die Nachhaltigkeit der wirtschaftlichen Entwicklung und die Effizienz definierter Umweltziele beispielhaft für das Jahr 2005 untersucht. Zur Demonstration der Anwendbarkeit der berechneten Ergebnisse im Rahmen von UGR werden unter anderem beispielhaft Korrekturen der Wirtschaftsindikatoren durchgeführt, wie sie von Projekten der Europäischen Kommission und Aktivitäten der Vereinten Nationen in diesem Bereich vorgeschlagen werden. Die ermittelten gesamten Schadenskosten für die Jahre 1990 und 1998 in den EU-15 Staaten und Deutschland betragen mehrere Prozent des jeweiligen Bruttoinlandsprodukts. Die Analyse des Jahres 2005 hat gezeigt, dass die politischen Ziele für 2010 größtenteils bereits in 2005 eingehalten werden können. In einigen Ländern sind effiziente Minderungen über die Einhaltung der Ziele hinaus möglich. ; The objective of this thesis is to develop a consistent concept ...

Der Erfolg der Photovoltaik in Deutschland und der Welt basiert derzeit auf der indirekten Subventionierung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und vergleichbare Instrumente in anderen Regionen. Auch unter der Prämisse, dass der derzeitige Gestehungspreis für konventionell erzeugte Elektrizität die realen Kosten, bedingt durch mögliche zukünftige Umweltschäden und Ressourcenknappheit, nur unzureichend widerspiegelt, sind weitere Kostensenkungen in der Produktion unabdingbar. Durch den hohen Kostenanteil der Wafer am Modul liegt in der Waferfertigung das größte Kostensenkungspotential. Die Vereinzelung feuchter Siliziumwafer ist aus Durchsatz- und Qualitätsaspekten ein wichtiger Schritt in der Fertigung. Durch die hohe Bruchgefahr bei der Handhabung von Wafern kann die Vereinzelung auch wesentlich zur Kostenreduktion beitragen. Die in Literatur und Patenten beschriebenen Verfahren sind derzeit noch nicht in einem ausgereiften Zustand, um die Vereinzelung von Wafern sicher und zuverlässig durchzuführen. Daher sind weitere Anstrengungen in Forschung und Entwicklung nötig, um die derzeitigen und zukünftigen Anforderungen zu erfüllen. Gleichzeitig muss das Verständnis über die Vorgänge bei der Vereinzelung sowie die Einflüsse auf den Wafer weiter vertieft werden. Insbesondere das Schädigungspotential der Vereinzelung auf den Wafer bestimmt die Auslegung eines solchen Systems in besonderem Maße. Die vorliegende Arbeit analysiert zunächst die Ausgangssituation in der derzeitigen Waferproduktion. Die Umgebung in der Waferproduktion ist geprägt durch eine Vielzahl von Einflüssen, besonders durch flüssige Betriebsstoffe wie der Slurry oder auch den Reinigungsmedien. Die zu vereinzelnden Wafer sind fragile und spröde Substrate welche in dieser Umgebung verarbeitet werden müssen. Entsprechend vielseitig ist der derzeitige Stand der Technik zur Vereinzelung, welcher größtenteils in Patentschriften beschrieben ist. Zur weiteren Entwicklung eines Vereinzelungsverfahrens wird die Aufgabe weiter analysiert. Durch ...

Die meisten Staaten im südlichen Afrika haben versucht, ein weitgehend autarkes Elektrizitätssystem aufzubauen. Mit der zunehmenden Demokratisierung und dem politischen Willen zur Zusammenarbeit innerhalb der Southern African Development Community (SADC) hat sich die Planungsperspektive jedoch gewandelt, und eine grenzübergreifende Zusammenarbeit ist möglich geworden. Die sich ergänzenden Energieressourcen in der SADC-Region (Wasserkraft im Norden und fossile Energieträger im Süden) lassen eine solche Zusammenarbeit sehr vorteilhaft erscheinen. Grundlegende Fragestellung dieser Arbeit ist daher, wie die Vorteile einer langfristigen, grenzübergreifenden Planung eines Elektrizitätssystems quantifiziert werden können. Eine gesellschaftliche Planungsperspektive wird hierbei zugrunde gelegt, da es nicht um die Gewinnmaximierung eines einzelnen Unternehmens geht, sondern die Gesamtinteressen einer aus mehreren Staaten zusammengesetzten Weltregion im Vordergrund stehen. Neben Kostenkriterien ist daher eine Berücksichtigung weiterer Aspekte (wie z.B. Umweltauswirkungen durch die Elektrizitätserzeugung) bei der Planung erforderlich. Ausgehend von dieser Fragestellung wurde ein gemischt-ganzzahliges lineares Optimierungsmodell aufgestellt, das eine grenzübergreifende kombinierte Kraftwerks- und Netzausbauplanung ermöglicht. Nationale Sicherheitsaspekte und Importbeschränkungen können ebenso Berücksichtigung finden wie quantifizierbare externe Effekte (z.B. CO2-Emissionen). Für mehrere Szenarien wurden Optimierungsrechnungen für das Elektrizitätssystem im südlichen Afrika durchgeführt, wobei die nächsten 20 Jahre als Modellierungszeitraum gewählt wurden. Die Anwendbarkeit und Lösbarkeit des entwickelten Modells konnte somit unter Beweis gestellt werden. Ergebnis der Fallstudie ist u.a., daß sich durch eine verstärkte grenzübergreifende Zusammenarbeit die gesamten Systemkosten um ca. 5 Prozent reduzieren lassen. Weiterhin konnte das Vermeidungspotential für CO2-Emissionen abgeschätzt werden. Geht man von externen Kosten in ...

Die Verbesserung der Luftqualität und damit der Lebensqualität der Bürger, gemeinsam mit einer langfristig gesicherten Energieversorgung der Europäischen Union, sind vorrangige Ziele der Europäischen Umwelt- und Energiepolitik. Ein Hauptverursacher von luftbelastenden Schadstoffemissionen und Verbraucher von vorwiegend nicht erneuerbaren Ressourcen ist der Verkehrssektor. Gerade in Ballungsräumen mit ihrer dichten Bebauung und hohen Bevölkerungs- und Verkehrsdichte sind die Umweltbelastungen des Verkehrs spürbar. Um diese Verkehrsbelastungen zu senken, ist es erklärtes Ziel der Städte und Gemeinden, den ÖPNV auszuweiten. Da der Nahverkehrsbus das vorwiegend eingesetzte Transportmittel im ÖPNV ist, wird von den Kommunen der Einsatz verbrauchs- und emissionsarmer Omnibusse angestrebt. Mögliche Antriebskonzepte nutzen u.a. selbstzündende bzw. fremdgezündete Verbrennungsmotoren sowie Brennstoffzellen. Abhängig vom Antriebskonzept können verschiedene flüssige und gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Diesel, Erdgas oder Wasserstoff, eingesetzt werden. Nun haben Bushersteller wie Busbetreiber das Problem, dass sie den vollen Umfang der ökologischen Chancen und Risiken bekannter und neuer Busantriebstechnologien meist nicht oder nur unzureichend einschätzen können. Um eine Aussage über die Umweltfreundlichkeit der verschiedenen Antriebsformen treffen zu können, ist eine ganzheitliche Betrachtung der einzelnen Bussysteme aus umweltlicher Sicht durchzuführen. Wesentlich dabei ist die Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus des Systems Nahverkehrsbus und der lokalen Einsatzbedingungen. Basierend auf dem Ansatz der Ganzheitlichen Bilanzierung und den Erkenntnissen aus den von der Europäischen Kommission geförderten Demonstrationsprojekten CUTE (Clean Urban Transport for Europe) und ECTOS (Ecological City Transport System) wird in der vorliegenden Arbeit ein Instrumentarium zur ökologisch-technischen Analyse und Optimierung von Nahverkehrsomnibussen entwickelt. Der Ansatz des Modells beruht auf der Untersuchung der vier ...

Um der wirklichkeitsnahen und recheneffizienten Planung betontechnologischer, konstruktiver sowie bauausführungsbezogener Maßnahmen zur Abwendung der Rissegefahr bei großen RCC-Staumauern ein Stück näher zu kommen, wird in der vorliegenden Arbeit eine Verfahrensweise entwickelt, mit der es möglich ist, wesentliche Einflussfaktoren in umfassenderer Weise als bisher zu berücksichtigen und die Temperatur- und Spannungsentwicklungen im Beton während der Bauausführung und des Betriebs der großen RCC-Staumauern effizient zu berechnen. Ausgehend von der bekannten Fourier'schen Differentialgleichung werden in Kapitel 2 mathematische Beziehungen vorgestellt, die es gestatten, die Temperatur im Beton unter Berücksichtigung der Kopplung zwischen Temperaturverlauf und Hydratationswärmeabgabe und unter möglichst wirklichkeitsnaher Berücksichtung der Rand- und Anfangsbedingungen iterativ zu ermitteln. Die Sonnenstrahlung und Verdunstung werden dabei als Wärmeströme direkt in den Cauchy-Neumannschen Randbedingungen untergebracht. Bei denen sind sowohl die Cauchyschen Randbedingungen (Wärmeaustausch zwischen dem Bauwerk/Baugrund und der Luft) als auch die Neumannschen Randbedingungen (vorgegebene Wärmeflüsse: Sonnenstrahlung und Verdunstung) zu berücksichtigen. Der konvektive Wärmeaustausch zwischen dem Bauwerk/Baugrund und der Luft bei Vorhandensein der Verdunstung wird zusammen mit der Temperatur des Untersuchungsobjekts und der Verdunstung auf den Oberflächen iterativ ermittelt. Die Globalsonnenstrahlung auf die Oberflächen des Bauwerkes kann aus den anderen üblich erhältlichen meteorologischen Daten (Lufttemperatur, Luftdruck, relative Luftfeuchte und Sonnenscheindauer) an oder nahe dem Standort der Staumauer anhand der Sonnenstrahlungsmodelle abgeschätzt werden. Zur Abschätzung der Kurzzeitverdunstung an nassen Oberflächen ist das Penmann-Brutsaert-Modell bevorzugt. In Kapitel 3 werden die Hilfsmittel für die Spannungs-Dehnungs-Berechnung in Betonbauwerken infolge Hydratation des Zements im Beton bereitgestellt. Die ...

Seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts ist die Entwicklung Neuer Städte ein sehr wichtiges Element der modernen Städtebautheorie und Städtebaupraxis. Auf der materiellen „Ebene“ haben die Neuen Städte mit der Unterstützung der Öffentlichen Hand eine hohe „Quantität“ der Massenbebauung ermöglicht, sie dient unterschiedlichen Entwicklungszielen auf der Ebene der Kommune, der Region und des Landes, ebenso wie der Behebung der Wohnungsnot, der Entlastung der Metropolen oder der Förderung von Wirtschaftszentren. Die Neue Stadt hat eine besondere natürliche „Qualität“, die regionale, gut eingebundene Lage der Neuen Städte, ihre Einbindung in die natürliche Umwelt und das hohe Niveau ihrer Infrastruktur und ihrer öffentlichen Einrichtungen. Der Bau Neuer Städte erweist sich geschichtlich immer als eines der wichtigsten Mittel zur Stärkung der kommunalen und regionalen Kompetenzkraft; deshalb wurden auch immer dann noch Neue Stadt-Quartiere gebaut, wenn die Wohnungsnot nicht mehr vorhanden war. Die Entwicklung der Neuen Städte ist auch ein ständiger Zeuge der Entwicklung der Städtebautheorien und von diesen im Positiven wie im Negativen ständig beeinflusst. Die Planung ganzer Neuer Städte ist eine der kompliziertesten Aufgaben des Städtebaus - die Realisierung ungeprüfter Innovationen, das schnelle Planungs- und Entwicklungstempo, die aus finanziellen Gründen oft schwach ausgeprägten öffentlichen Einrichtungen oder die Folgen einseitiger Sozialpolitik verstärken die Schwierigkeiten bei der Entwicklung einer Neuen Stadt. Das einseitige Übergewicht quantitativer Maßstäbe erzeugt eine Diskrepanz zwischen Qualität und Quantität. Die Neuen Städte als Aufgabe Das Thema der - so definierten - „Neuen Städte“ ist heute sowohl wegen der Erneuerungsbedürfnisse der „alten“ Neuen Städte, der Entwicklungsbedürfnisse der Neuen Stadt-Quartiere, sowohl in Europa, wie auch in der globalen Neue Stadt-Entwicklung von höchster Aktualität. Als ein Spiegel der modernen Städtebau-Entwicklung ist die Neue Stadt sowohl auf der Ebene der Forschung ...

Vor dem Hintergrund allgemeiner energie- und klimapolitischer Ziele wie der Verringerung der Ölabhängigkeit oder der Reduktion der Treibhausgasemissionen werden hohe Erwartungen an den Einsatz alternativer Kraftstoffe und Antriebe im Verkehr geknüpft. Unsicherheiten bestehen jedoch in der Frage, welche Kraftstoff-Antriebskombinationen sowohl in ökonomischer als auch in ökologischer Hinsicht die besten Voraussetzungen mitbringen, um den gestellten Zielsetzungen gerecht zu werden. Die Beantwortung dieser Frage kann nicht durch eine isolierte Betrachtung des Verkehrssektors erfolgen, sondern erfordert zusätzlich die Berücksichtigung von Wechselbeziehungen zwischen dem Verkehrssektor und anderen Bereichen des Energiesystems. So müssen beispielsweise die während der Bereitstellung alternativer Kraftstoffe (Well-to-Tank) entstehenden Treibhausgasemissionen oder alternative Verwertungsmöglichkeiten für zur Kraftstoffbereitstellung eingesetzte Energieträger, wie z. B. Biomasse, in die Bewertung einfließen. Gerade im Hinblick auf ihren möglichen Beitrag zum Klimaschutz stehen verkehrspolitische Maßnahmen zur Senkung des Treibhausgasausstoßes zudem nicht nur untereinander sondern auch mit Vermeidungsoptionen in anderen Sektoren des Energiesystems im Wettbewerb. Das Ziel dieser Arbeit besteht daher darin, die mögliche Rolle alternativer Kraftstoffe und Antriebe als Teil einer energiewirtschaftlichen Verkehrsstrategie zu analysieren, welche darauf ausgerichtet ist, im Einklang mit allgemeinen energie- und klimapolitischen Zielen eine umweltverträgliche, bezahlbare und versorgungssichere Mobilitätsbereitstellung in Deutschland und der EU-27 zu gewährleisten. Dazu werden zunächst im Rahmen einer Technologiecharakterisierung unterschiedliche alternative Kraftstoffpfade und Antriebskonzepte bezüglich ihrer derzeitigen und zukünftigen technischen, ökonomischen und ökologischen Eigenschaften bis zum Jahr 2050 analysiert. Die Ergebnisse dieser Technologiecharakterisierung werden anschließend zusammengeführt, indem ausgewählte ...

Der Beitrag beschreibt, wie Windmessungen mit LIDAR in einer Vorsteuerung verwendet werden können, um die Drehzahlschwankungen und damit die Belastungen von Windenergieanlagen zu reduzieren. Kernstück dieser Vorsteuerung ist ein Filter, der adaptiv auf die aktuellen Messungen eingestellt werden muss, da sich die Prädiktionszeit und die Korrelation zwischen Vorhersage und Anlagenverhalten kontinuierlich ändern. Die Ergebnisse werden mit Messdaten einer 5MW Anlage validiert. ; This paper presents how LIDAR measurements can be used in a feed forward control to reduce rotor speed variation and loads on wind turbines. Core of this control strategy is an adaptive filter that takes into account the continuous changes in the prediction time and in the correlation between the turbine reaction and the preview. Results will be validated with measurement data of a 5MW wind turbine.