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Mit einem Anteil von rund 30% am Endenergieverbrauch und etwa 20% an den CO2-Emissionen haben private Haushalte in Deutschland einen großen Einfluss auf die Umwelt. Gleichzeitig sind private Haushalte ein zentraler Adressat für politische Interventionen zur Bekämpfung des Klimawandels. Vor diesem Hintergrund hat die Politik zahlreiche Maßnahmen zur Verringerung des Energiekonsums und zur Förderung regenerativer Energietechnologien ergriffen. Diese politischen Maßnahmen bedürfen einer sorgfältigen Evaluierung ihrer Effektivität und Kosteneffizienz, um kostspielige Redundanzen durch sich überlappende Instrumente zu vermeiden. Eine solche Evaluation umwelt- und energiepolitischer Maßnahmen erfordert eine umfangreiche Datenbasis. Besonders im Bereich der privaten Haushalte waren solche Daten in Deutschland bislang nicht verfügbar. Die Reagibilität deutscher Haushalte auf Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels war daher weitgehend unbekannt. Das Sozial-Ökologische Panel stellt zu diesem Zweck umfangreiche, frei verfügbare Informationen zum Energieverbrauch und Umweltverhalten privater Haushalte bereit. Die Befragung wurde in vier Wellen durchgeführt. Es liegen Daten für die Jahre 2012, 2013, 2014 und 2015 vor. Diese Daten können anhand einer ID aneinander gespielt werden. Darauf aufbauend können ökonometrische Schätzungen und Analysen verschiedener Präferenzindikatoren sowie des Anpassungsverhaltens privater Haushalte an den Klimawandel durchgeführt werden. Dieser Datensatz umfasst die Daten der Erhebung im Jahr 2012. With a share of 30% in total final energy consumption and around 20% in CO2 emissions, private households in Germany strongly affect the environment. At the same time private households are an important target group for policy interventions to fight climate change. Against this background, numerous policy measures that intend to decrease energy consumption and to support renewable energy technologies have been introduced. These policy measures call for accurate evaluation to avoid expensive redundancies due to overlapping policy instruments. The evaluation of energy and environmental policy measures requires comprehensive and reliable data. So far such data was unavailable in Germany, especially in the context of private households. Hence, the responsiveness of German households to climate protection policies was unknown. For this purpose, the Socio-Ecological Panel offers rich information on household’s energy consumption and environmental behavior. The data was gathered in four household surveys conducted in 2012, 2013, 2014 and 2015. The survey waves can be merged using the household ID. The data builds the basis for empirical analyses of households’ adaptation to climate change and the evaluation of environmental and climate policy measures. This data set comprises the information gathered in the 2012 survey wave and is labelled in German. It is available in German and English. Offline Rekrutierung für das repräsentative forsa omninet panel Selbst ausgefüllter Fragebogen Self-completed questionnaire 10.000 deutsche Haushalte Green-SÖP Green-SÖP

Die Stromerzeugung aus Windenergie hat in den vergangenen Jahren, insbesondere unterstützt durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), stark zugenommen und belief sich im Jahr 2006 auf einen Anteil von rund 4,8 % an der Bruttostromerzeugung. Aufgrund des fluktuierenden Charakters der Windstromerzeugung ist die Integration und Einspeisung dieses Anteils in das Netz der öffentlichen Versorgung bereits heute mit teilweise erheblichen Problemen verbunden. Diese werden sich in Zukunft weiter verstärken, wenn der geplante Einstieg in die Offshore-Windenergienutzung wie geplant stattfindet und in den kommenden Jahren einige GW Leistung Offshore installiert werden. Grundsätzlich bieten sich zwei Lösungsansätze für die angesprochene Problematik an, die sich gegenseitig ergänzen: Zum einen können durch exaktere Prognoseverfahren die zu erwartenden Windstrommengen besser vorhergesagt und damit zugleich die Fahrpläne der konventionellen (Schatten-)Kraftwerke genauer erstellt werden. Der Bedarf an Ausgleichsenergie wird durch dieses Verfahren minimiert. Im Fall von Windflauten muss jedoch die gesamte nachgefragte Leistung durch konventionelle Kraftwerke bereitgestellt werden. Zum anderen kann durch den Einsatz von Speicherkraftwerken eine zeitliche Entkopplung von Energieangebot und –bedarf realisiert werden, indem in Zeiten hohen Windenergieangebots ein Teil des Windstroms zwischengespeichert wird und umgekehrt in Windflauten das Speicherkraftwerk die Strombereitstellung übernimmt. Mit Hilfe dieses Verfahrens erfolgt dementsprechend eine Anpassung des Angebots an die Nachfrage. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den zweiten Ansatz und entwickelt ein Simulationsmodell, mit dessen Hilfe ein Windpark-Speicher-System abgebildet und eine Vergleichmäßigung des Windstroms durch Integration verschiedener Speichertechnologen (diabates/adiabates Druckluft-Speicherkraftwerk, Pumpspeicherkraftwerk) simuliert wird. Ziel der Vergleichmäßigung ist die kontinuierliche Bereitstellung einer garantierten Leistung. Die verbleibenden Fluktuationen werden durch einen Abgleich mit der Nachfrageseite in Form der Netzlast berücksichtigt. Für unterschiedliche Systemvarianten werden sowohl die Stromgestehungskosten als auch die spezifischen CO2-Emissionen berechnet, um auf dieser Basis einen Vergleich der einzelnen Systeme zu ermöglichen. Grundlegende Parameter wie beispielsweise die energetische Speicherkapazität, die spezifischen Investitionskosten der Windenergieanlagen und des Speicherkraftwerks oder auch die Bezugskosten für Ausgleichsenergie werden anschließend in Form von Sensitivitätsanalysen und Parametervariation detailliert untersucht. Auf diese Weise können die unter konstant gesetzten Parametern gewonnenen Ergebnisse bestätigt bzw. kritisch hinterfragt werden, wobei insbesondere der Einfluss der verschiedenen Eingangsgrößen auf die Stromgestehungskosten im Detail analysiert wird. In der Folge werden vielversprechende Systemkonfigurationen unter dem Zielkriterium möglichst geringer Stromgestehungskosten identifiziert. Zudem wird geprüft, welche Anforderungen an die Kostenentwicklung speziell von Druckluft-Speicherkraftwerken zu stellen sind, um mit einem konventionellen Vergleichssystem konkurrenzfähig zu werden. Power generation from wind energy has increased significantly in the past years reaching 4.8 % of the gross power generation. This development was especially promoted by the re-newable energy law (Erneuerbares-Energien-Gesetz). The integration and feed-in of this power into the grid is associated with considerable problems as the wind power generation is characterised by its fluctuating nature. These diffi-culties will grow and accelerate if the planned wind parks in the North or Baltic Sea with some GW power are realised in the following years. In principle there are two methods of resolution for this kind of problem which com-plement one another: On the one hand it’s possible to develop better forecasting models in order to forecast the wind power generation more accurately. By this means also the operation of the conventional power plants can be planned more accurately. In the consequence the de-mand for balancing power is minimized. Nevertheless it’s inevitable to provide the total sum of demanded power in times of wind calms by conventional power plants. Concerning the second method the operation of storage facilities is involved in the system in order to realise a temporal decoupling of energy supply and demand. In times with high wind power generation the storage unit is filled and vice versa in wind calms the storage facility is able to provide power. Thus the supply side is adapted to the demand side. The following thesis focuses on the second method. A tool is developed, simulating the operation of a windpark-storage system, in order to equalise the wind power generation by the help of different storage technologies (diabatic/adiabatic compressed air energy storage, pumped hydro). The equalisation aims at the continuous supply of a guaranteed power. Re-maining fluctuations of wind power are considered by a comparison of demand and supply side, whereas the demand side is represented by the system load. The costs of generating electricity as well as the specific CO2-emissions are calculated for different configurations resulting in a comparison of the different systems. Following fun-damental parameters as the energy storage capacity, the specific investment costs of the wind power plants and the storage facility or the price of balancing power are examined in detail by the help of a sensitivity analysis. In so doing it is possible to confirm or to question the results calculated with fixed parameters. In this context especially the influence of different parame-ters on the costs of generating electricity is analysed. Finally promising system configurations with the aim of reducing the costs of generat-ing electricity are identified. Moreover the requirements concerning the reduction of invest-ment costs especially of compressed air energy storage systems in order to achieve competi-tiveness with a conventional system are examined.

Die Energiewende einschließlich der Substitution von russischem Erdgas ist eine große Herausforderung, welche fördernde Maßnahmen in vielen Bereichen des Energiesektors verlangt. Einer dieser Bereiche ist die Erzeugung von Biomethan aus häuslichen Küchenabfällen. Diese beinhalten vorwiegend Lebensmittelabfälle. Ein großes ungenutztes Potenzial zu deren Nutzung ist vorhanden. Bürger, Abfallentsorger und Politik können beitragen, dieses zu realisieren. The energy transition, including the substitution of Russian natural gas, is a major challenge that requires supportive measures in many areas of the energy sector. One of these areas is the production of biomethane from domestic kitchen waste. This mainly includes food waste. There is a large untapped potential for its use. Citizens, waste management companies and politicians can contribute to realise this.

The objective of this work is to examine the temporal and spatial variability of the climate types of China with regard to the climate shift that happened during the last century. Therefore, the climate types of China had to be defined with high precision. The method presented here is based on a non-hierarchical cluster analysis that allows us to define the climate types of China by an objective and statistical method. Thresholds were not defined prior to but after the analysis in order to describe areas covered by the same climate type and further to characterise the different regions by the chosen meteorological parameters. In addition to this, the cluster analysis allows us to define the climate types considering 7 parameters on the same level of classification. Using the significant trend analysis, climate change in China could be associated with the shifting of climate types during the last century. Summarizing the utility of cluster analysis and trend tests for the examination of climate change in China produced the following results: The shifting of climate types in China is mainly dominated by temperature which appears to correspond with the global warming process during the last century. Trend tests show a significant increase of the annual temperature for all analysed regions. Furthermore, well-known scientists have deduced a considerable increase of winter temperatures in China. Only the north-eastern regions show a significant influence of winter precipitation on the variability of climate types. Bisherige Arbeiten zur Klimaklassifikation Chinas verfolgen mehrheitlich die Ansätze effektiver Klassifikationsmethoden. Es fehlt bislang jedoch ein Ansatz, der versucht, den subjektiven Einfluss bei der Wahl der Grenzdefinitionen zu minimieren. Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine Klassifikation des chinesischen Klimas unter Minimierung des subjektiven Einflusses durch die Anwendung des multivariaten statistischen Verfahrens einer erweiterten nicht-hierarchischen Clusteranalyse. Als Datengrundlage wird ein hochauflösender Rasterdatensatz (0,5° x 0,5°) der CLIMATE RESEARCH UNIT verwendet, der monatliche Mittelwerte für Temperatur und Niederschlag für einen 100jährigen Zeitraum von 1900 bis 2000 liefert. Auf der Basis einer erweiterten nicht-hierarchischen Clusteranalyse werden 12 Klimatypen für die VR China ermittelt. Für jeden Klimatyp werden Parametermittelwerte berechnet, die eine umfassende Definition der Einzelklimate ermöglichen.Die hiesige Arbeit ist die aktuellste Typisierung des chinesischen Klimas. Eine zusätzliche Untersuchung des zeitlichen Wandels ergab starke räumlich und zeitliche Schwankungen der Klimatypengrenzen, die im Hinblick auf rezente Klimaänderungen in China wichtige Anhaltspunkte liefern.

Since 1750, the atmospheric CO2 concentration has increased from 280 ppm to about 350 ppm today and is expected to reach 540-970 ppm by 2100. The CO2 concentration is known to affect plants directly and indirectly through the influence of global warming. In this dissertation the impact of 50 years of global warming on plant phenology was assessed. The assessment was used to predict future phenological alterations due to global warming. Direct effects of future CO2 levels (20% above ambient) on phenology, anatomy and stomatal resistance to water vapour were also investigated on plants from the Giessen Free Air Carbondioxid Enrichment (Gi-FACE) study. Phenological data of crops, fruit plants and wild plants collected by the German Weather Service (Deutscher Wetterdienst = DWD) on 170 stations in Hessen between 1951 and 2003 have been analysed. The analysis revealed that the development of plants has shifted during the last decades in Hessen. The beginning of the phenological phases advanced by 0,4 to 5,5 days per decade. The spring phases showed the largest trend. However, the advancement of the phenological phases tended to decline during the annual cycle. Responses to global warming such as the length of vegetation period and the leaf senescence (of oak) did show considerable regional variation and sometimes opposite trends in neighbouring areas. While in some areas the vegetation period was longer, in others it was not changed. However, in the area called Gießen-Koblenzer-Lahntal it became even shorter. A regionalized phenological model for the area 348 (Marburg-Gießener-Lahntal) during the decade 2041-2050 has been developed, using temperature predictions based on the data from meteorological station Gießen. The simulation proved that global warming will advance the phenological phases of the plants and will lengthen the vegetation period. As a consequence of the advancement of the phenological phases, the risk of late frost damage is likely to be present in the future and presumably will rise for some particular fruit species. Phenology is affected not only by global warming but also by rising atmospheric CO2 levels. Most of the investigated plants of the GiFACE graslandsite showed a shift in flowering in spite of the moderate CO2 enrichment used. In this case advancement and delay occurred. The flowering of Glechoma hederacea and Saxifraga granulata advanced significantly under enhanced CO2 concentration. This indicates that evergreen species benefit from the CO2 enrichment, when it is applied throughout the year, and that they are able to react with advanced development under these conditions. Large differences in the date of flowering from year to year suggest that the CO2 effect is modified by the climatic conditions. The impact of enhanced CO2 concentration on anatomical parameters and the stomatal resistance to water vapour were investigated for six species. Despite the moderate enhancement of CO2 concentration, these attributes did already exhibit a response. However, the reactions were different among the species investigated. The species Arrhenatherum elatius und Saxifraga granulata raised the stomatal resistance mainly through the reduction of the stomata density, while Glechoma hederacea did this through a reduction of the stomatal aperture. Glechoma hederacea showed in general a positive reaction to enhanced CO2 concentration concerning leaf thickness, leaf tissue density and leaf mass per area. In contrast, the responses of the other investigated species did not demonstrate such a consistent pattern. Glechoma hederacea is unique in showing a significant advancement of flowering and a significant enhancement of the stomatal resistance to water vapour under elevated CO2. Because the resulting reduction in transpiration may lead to increased leaf temperatures as well as on the entire canopy level, elevated CO2 might be responsible for phenological changes. Thus, the detected global warming effect is inseparable from the effect that rising CO2 levels have on these species. Die CO2-Konzentration ist seit 1750 von 280 ppm auf heute 375 ppm angestiegen und wird sich bis 2100 weiter auf 540-970 ppm erhöhen. Dieser Anstieg wirkt sich indirekt über die Erwärmung der Atmosphäre als auch direkt auf die Pflanzen aus. Ziel dieser Arbeit war daher die Auswirkung der Klimaerwärmung in den letzten 50 Jahren und der prognostizierten Klimaerwärmung auf die Pflanzenentwicklung sowie die Wirkung von moderat erhöhten CO2-Konzentrationen (+20 %) auf die Phänologie, die Anatomie und den Stomatawiderstand von Pflanzen zu untersuchen. Anhand der Auswertung phänologischer Daten landwirtschaftlicher Kulturpflanzen, Obstgehölzen und wildwachsenden Pflanzen der Jahre 1951 bis 2003 von 170 Stationen in Hessen konnte gezeigt werden, dass es in diesem Zeitraum zu Verschiebungen in der Pflanzenentwicklung gekommen ist. Der Eintritt phänologischer Phasen verfrühte sich im Mittel zwischen 0,4 bis 5,5 Tage/Dekade. Die Frühjahrsphasen zeigten dabei den stärksten Trend. Im Jahresverlauf nahm die Verfrühung der phänologischen Phasen ab. Regionale Unterschiede und gegensätzliche Trends in benachbarten Naturräumen zeigten sich in der Reaktion der Pflanzen (z.B. Blattseneszenz der Stiel-Eiche), aber auch in der Dauer der Vegetationsperiode. Während sich die Vegetationszeit in manchen Regionen verlängert hat, ist sie in anderen unverändert geblieben. Im Gießen-Koblenzer-Lahntal hat sie sich sogar verkürzt. Mit Hilfe von Modellen, basierend auf den Temperaturdaten eines Regionalisierungsmodells für die meteorologische Station Gießen, konnte beispielhaft für den Naturraum 348 (Marburg-Gießener-Lahntal) gezeigt werden, dass es aufgrund der prognostizierten Klimaerwärmung in der Dekade von 2041 bis 2050 zu weiteren Verfrühungen in der Pflanzenentwicklung und zur Verlängerung der Vegetationsperiode kommen wird. Die Verfrühung der Frühjahrsphasen hat zur Folge, dass die Gefahr von Spätfrost auch in der Zukunft vorhanden ist und für einige Obstarten wahrscheinlich noch ansteigt. Neben erhöhten Lufttemperaturen beeinflussen jedoch auch erhöhte CO2-Konzentrationen die Phänologie. So zeigte die überwiegende Anzahl der untersuchten Pflanzenarten eines Grünlandbestandes - trotz nur moderat erhöhten CO2-Konzentration - Verschiebungen im mittleren Blühbeginn, wobei sowohl Verfrühungen als auch Verspätungen auftraten. Eine signifikante Verfrühung unter erhöhten CO2-Konzentrationen konnte bei Glechoma hederacea und bei Saxifraga granulata beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass immergrüne Arten von der ganzjährigen CO2-Anreicherung profitieren und mit einer schnelleren Entwicklung im Frühling reagieren. Große Unterschiede im Zeitpunkt des Blühbeginns lassen vermuten, dass der CO2-Effekt durch die Witterung modifiziert wird. Die Auswirkungen von erhöhten CO2-Konzentrationen auf anatomische Parameter und den Stomatawiderstand für Wasserdampf wurde beispielhaft an sechs Arten untersucht. Dabei reagierten die Pflanzen auf moderat erhöhte CO2-Konzentrationen unterschiedlich: Arrhenatherum elatius und Saxifraga granulata erhöhten den Stomatawiderstand für Wasserdampf hauptsächlich durch die Verringerung der Stomatadichte, Glechoma hederacea hingegen überwiegend durch eine Reduzierung der Öffnungsweite der Stomata. Im Bezug auf die Blattdicke, die Blattdichte und den LMA (leaf mass per area) zeigte Glechoma hederacea generell positive Reaktionen auf erhöhte CO2-Konzentrationen. Im Gegensatz dazu reagierten die anderen untersuchten Arten unterschiedlich. Als einzige Art zeigte Glechoma hederacea eine signifikante Verfrühung im Blühbeginn einhergehend mit einer signifikanten Erhöhung des Stomatawiderstandes für Wasserdampf. Verringerungen der Transpiration könnten zu erhöhten Blatt- und Bestandestemperaturen führen und damit Auswirkungen auf die Phänologie haben, so dass Klimaerwärmung und CO2-Effekt nicht trennbar sind.

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 for the consideration of impacts due to the pollution of the environment in order to supplement national accounting systems in a so-called green accounting framework and to apply the concept for air pollution and the dispersion of toxic substances. Based on a discussion of the two major aims for environmentally friendly economic development, efficiency and sustainability, first, subordinate aims are formulated as priorities. These are used together with a discussion of existing concepts for indicators and environmental accounting to develop a system of aggregated indicators. For the estimation of indicator values, the extended impact pathway approach is presented. Besides a detailed discussion of the concentration levels and damages for 1990 and 1998, an analysis of temporal and spatial import and export of damages as well as the amount of damages caused by different economic activities in Germany are assessed. Furthermore, the sustainability of the economic development and the efficiency of given environmental targets are analysed applying the indicators exemplarily for the year 2005. In order to demonstrate the applicability of the results within environmental accounts, among other things exemplary corrections of economic indicators are carried out following the proposals from European Commission projects and from activities of the United Nations in this area. The estimated total damage costs occurring in 1990 and 1998 within the EU-15 and Germany result to a few percent of the respective gross domestic product. The analysis of the year 2005 showed that in some countries political targets which were originally set for 2010 can already be reached in 2005. Furthermore, in some countries efficient reductions beyond the accomplishment of the targets are possible.

Induziert durch Digitalisierung und Servitisierung bieten Unternehmen in zunehmendem Maße Systeme aus vernetzten mechatronischen Produkten, Software und Dienstleistungen an: sogenannte Smart Product Service Systems (Smart PSS). Zur Erfüllung der Sustainability Development Goals der Vereinten Nationen, insbesondere des Ziels 9 „nachhaltiger Konsum und Produktion“, müssen diese Systeme gemäß dem Leitbild einer Circular Economy (CE) gestaltet werden. Smart-circular PSS verfolgen nachhaltige Geschäftsmodelle und verstärken Strategien der CE durch datengetriebene Funktionen. Die Entwicklung dieser Systeme stellt Unternehmen vor große Herausforderungen. Ungeklärt ist bislang, wie Teams bei der Entwicklung von Smart-circular PSS sachgerecht methodisch unterstützt werden können. Diese Arbeit begegnet diesen Beobachtungen mit der Forschungshypothese, dass sich Systemarchitekturen von Smart-circular PSS durch geeignete Methoden des Modellbasierten Systems Engineerings (MBSE) so entwerfen lassen, dass die Systeme effektiv und effizient zu einer CE beitragen. Zu ihrer Verifizierung wurde als übergeordneter Forschungsansatz die Design Research Methodology (DRM) angewendet. Zunächst erfolgte die Forschungsklärung mithilfe von Expert*innenworkshops sowie durch eine MBSE-Reifegradanalyse in einem industriellen Unternehmen. Die hier identifizierten Handlungsfelder wurden mittels Systematischen Literaturanalysen (SLRs) abgesichert und ausgewählt. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde die Methodik zur Definition von Smart-circular PSS-Systemarchitekturen (MESSIAH) entwickelt, die Entwicklungsteams bei der Konzeptionierung von Smart-circular PSS unterstützt. Die Methode beinhaltet eine Modellierungsgenerik, eine gerichtete Methode sowie einen Baukasten zum schnellen Prototypisieren von Services. MESSIAH wurde mithilfe einer Comprehensive Descrip-tive Study anhand von fünf Studien evaluiert. Die Forschungshypothese konnte im Rahmen der Evaluierung verifiziert werden. Somit zeigt diese Arbeit erstmals Wege auf, wie Strategien der CE mithilfe des MBSE bei der Entwicklung von Smart-circular PSS Systemarchitekturen berücksichtigt werden können. MESSIAH ermöglicht die Modellierung einer interdisziplinären Systemarchitektur, die mechatronische Produkte, Software und Dienstleistungen integriert. Zur Modellierung von CE-relevanten Services wurden zwei neue prozessorientierte Modelltypen erfolgreich mit bestehenden Modellierungstechniken des MBSE kombiniert. Durch die Evaluierungsstudien konnte ein zufriedenstellender Stand der Akzeptanz und wahrgenommenen Nützlichkeit der Methodik nachgewiesen werden. Allerdings wurden Verbesserungspotentiale hinsichtlich ihrer Benutzbarkeit festgestellt. In weiterer For-schung wird es vonnöten sein, die Qualität und die Quantität der Anwendungsvalidierungen zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird die Durchführung von Langzeitstudien sowie Anwendungen an industriellen Systemen in einem weiteren Einsatzspektrum und in weiteren Branchen empfohlen. In response to calls for digitization and servitization, businesses increasingly offer complex systems consisting of connected mechatronic products, software elements and services: so-called Smart Product-Service-Systems (Smart PSS). In order to meet the United Nations Sustainability Development Goals and in particular Goal 9 "Sustainable Consumption and Production", these systems must be compatible with the tenets of a Circular Economy (CE). The development of these systems presents businesses with major challenges. It remains unclear how engineering teams can be supported methodologically in developing Smart-circular PSS. This dissertation meets these challenges with the research hypothesis that suitable methods of Model-based Systems Engineering (MBSE) can aid in the development of Smart-circular PSS architectures, which effectively and efficiently contribute to a CE. The investigation applies Design Research Methodology (DRM) as an overarching research approach for hypothesis verification. Initially, expert workshops and an MBSE maturity analysis in an industrial enterprise served to clarify the research objective. Systematic Literature Reviews (SLRs) validated and detailed the fields of action identified. Based on the findings, the Methodology for Smart-circular PSS Architecture Definition (MESSIAH) was developed, which supports development teams in the design of Smart-circular PSS. The method includes a modeling framework, a method and a construction kit for prototyping services. MESSIAH was evaluated by means of a Comprehensive Descriptive Study based on five evaluation studies. The evaluation verified the research hypothesis. Consequently, this research explores how the development of Smart PSS with the help of MBSE can be useful to CE-strategies. MESSIAH enabled the management of system complexity by using an interdisciplinary system architecture that integrates the development of mechatronic products, software and services. In order to de-velop CE-relevant services, two new types of models were successfully integrated into existing modelling techniques of MBSE. User studies indicated a satisfactory level of user acceptance and perceived usefulness of the methodology, but also served to identify potential for improve-ment with regard to its ease of use. In further research it will be necessary to increase the quality and quantity of application validations in further application scenarios and other industry branches. For this purpose, the dissertation recommends long-term studies and applications on further industrial systems.

Viele Fragestellungen, die sich in Bezug auf die Entwicklung von urbanen R��umen ergeben, erfordern den Einsatz verschiedener Fachdisziplinen. Daher besch��ftigt sich das Projekt URBEM (Urbanes Energie- und Mobilit��tssystem) mit der ganzheitlichen Betrachtung von m��glichen Ver��nderungen urbaner Gebiete und deren Auswirkungen. URBEM wurde als Doktoratskolleg an der TU Wien in Kooperation mit den Wiener Stadtwerken konzipiert und eingerichtet. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer interaktiven Umgebung, um Szenarien zu einer -nachhaltig versorgungssicheren, leistbaren und lebenswerten Stadt- am Beispiel der Stadt Wien zu erforschen. Um dieses Ziel erreichen zu k��nnen, erfordert es die Zusammenarbeit und Interaktion von vielen verschiedenen wissenschaftlichen Fachbereichen. Als Basis f��r die Untersuchungen dienen drei entwickelte URBEM-Szenarien, die m��gliche zuk��nftige Pfade von Ver��nderungen abbilden. Die Analyse der Auswirkungen auf die thermische Energieversorgung durch politische, gesellschaftliche, wirtschaftliche und technologische Ver��nderungen stellt einen wesentlichen Teil der Untersuchungen dar. Infolgedessen befasst sich die vorliegende Arbeit mit dem Themenfeld der thermischen Netze und der Gasnetze urbaner Gebiete. Um die Fragestellungen bez��glich dieser Versorgungsnetze in einem interdisziplin��ren Kontext ad��quat beantworten zu k��nnen, erfolgt eine eigenst��ndige Entwicklung von Berechnungsmethoden f��r die Ermittlung von Betriebskenngr����en gro��er vermaschter Netze. Bei der Betrachtung eines Fernw��rmenetzes steht die Abbildung des thermohydraulischen Verhaltens bei ver��nderten Randbedingungen im Vordergrund. Deshalb erfolgt die Umsetzung einer quasistation��ren hydraulischen Berechnung in Kombination mit einer transienten thermischen Berechnung. Die Anwendung dieser Methodik hat den Vorteil, dass das thermische Verhalten eines Fernw��rmenetzes sehr detailliert abgebildet werden kann. Die Gasnetze sollen hinsichtlich hydraulischer Ver��nderungen, unter der vereinfachten Ber��cksichtigung der Kompressibilit��t von Gasen, untersucht werden. Unter Anwendung der weiterentwickelten Berechnungsmethoden erfolgt zun��chst die Untersuchung der Auswirkungen auf das prim��re Fernw��rmenetz und das Niederdruck-Gasnetz von Wien durch die Ver��nderungen, die sich aufgrund der definierten Szenarien ergeben. In weiterer Folge werden die Einfl��sse einer dezentralen Einspeisung und der Einsatz von Speichern im Fernw��rmenetz analysiert. Eine andere Fragestellung bezieht sich auf die Anbindungsm��glichkeiten von Stadterweiterungsgebieten. Dazu erfolgen Simulationen unterschiedlicher Variationen hinsichtlich des Anschlusses an das Gasnetz und das Fernw��rmenetz, unter Einbeziehung des Themenfeldes der elektrischen Netze. Die Gegen��berstellung zwischen der weiterentwickelten hydraulischen Berechnungsmethode und der kommerziellen Software PSS R SINCAL anhand eines Testnetzes, zeigt die numerischen Vorteile der Eigenentwicklung in Hinblick auf die Konvergenzgeschwindigkeit. Many questions that arise with regard to the development of urban areas, require the use of different disciplines. Therefore, the project URBEM (Urban Energy and Mobility System) deals with the holistic view of possible changes in urban areas and their effects. URBEM was founded as doctoral programme at the TU Wien in cooperation with the Wiener Stadtwerken. The aim of the project is the development of an interactive environment to analyse scenarios to a sustainable, secure supply, affordable and liveable city- on the Example of the city of Vienna. In order to achieve this goal, it requires the collaboration and interaction of many different scientific fields. The basis for the investigations are three developed URBEM scenarios, which describe the possible future paths of change. The analysis of the effects on the thermal energy supply by political, social, economic and technological changes is an important part of the investigations. As a result, the present thesis deals with the subject of the thermal networks and the gas networks of urban areas. To be able to give answers in an interdisciplinary context, a separate development of calculation methods for the determination of operating parameters of large meshed networks was realised. Considering a district heating network, the modeling of the thermohydraulic behavior in the case of modified boundary conditions is in focus. Therefore, a quasi-steady state hydraulic calculation is combined with a transient thermal calculation. The application of this methodology has the advantage, that the thermal behavior of a district heating network can be simulated very detailed. The analysis of the gas networks should be done with regard to the hydraulic changes considering the compressibility of gases. By using the developed calculation methods, the impact due to the changes, resulting from the defined scenarios, on the primary district heating network and the low-pressure gas network of Vienna should be analysed. Subsequently, the influences of a decentralized feed and the use of thermal storages in the district heating network are investigated. Another question relates to the connection possibilities of urban expansion areas. For this purpose, simulations are carried out by vary the connection to the gas network and the district heating network, taking into account the electrical networks. The comparison between the further developed hydraulic calculation method and the commercial software PSS SINCAL using a test network, shows the numeric advantages of self-development with regard to convergence speed.

Vor dem Hintergrund des künftig häufigeren und intensiveren Auftretens sowie der längeren Dauer von Extremwetterereignissen, die dem Klimawandel zugeschrieben werden, steigt die Relevanz von Extremwetterereignissen auch für Industrienationen. Gleichzeitig gilt die allgemeine Bereitschaft für Klimaschutzmaßnahmen als eher gering. Insofern knüpft dieser Beitrag1 einerseits an die politische Frage nach einem effektiven globalen Klimaschutz und andererseits an das gesellschaftliche Problembewusstsein für den Klimawandel an. Konkret wird der Frage nachgegangen, ob die Einschätzung des Klima- wandels als Gefährdung in Form von Extremwetterereignissen eine Rolle bei der Unterstützung politischer Maßnahmen zum Klimaschutz wie einem Preis für Treibhausgasemissionen spielt. Die zur Beantwortung verwendeten Konzepte basieren auf denen der Risikowahrnehmung und der Betroffenheit im Rahmen der Vulnerabilitätsanalyse. Empirisch wurde eine Sekundäranalyse mit mehreren binären, logistischen Regressionsmodellen auf Basis der Mikrodaten aus der 2. Welle der Umweltbewusstseinsstudie 2016 durchgeführt. Diese zeigten, dass (1) die generelle Unterstützung politischer Maßnahmen zum Klimaschutz in Deutschland ungewöhnlich hoch ist, und dass (2) eine stärkere wahrgenommene Gefährdung durch den Klimawandel eher zur Unter- stützung politischer Maßnahmen zum Klimaschutz führt. As there are likely to be more numerous, more intensive, as well as longer extreme weather events, their social relevance rises. At the same time, public support for climate mitigation is relatively low. Thus, this research focuses on first, the political question of effective global climate change mitigation and second the social perception or awareness of the climate change. More concrete, the question is about the role of perceived climate change risks in the form of extreme weather events in supporting climate change mitigation policies like a price for greenhouse gas emissions. The concepts used were derived from those of risk perception as well as consternation with reference to vulnerability analysis. Empirically, a secondary analysis with the method of the logistic regression and based on the data set of the second wave of the 2016 Umweltbewusstseinsstudie was conducted. They showed, that (1) in Germany the overall support of climate change policies is surprisingly high and (2) that a strong perceived climate change risk based on extreme weather events increases the probability of supporting those policies.