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Vor dem Hintergrund eines zunehmenden globalen Energiebedarfs und der Gefahr einer anthropogenen Störung des Klimasystems durch die Emission von Treibhausgasen gilt es, tragfähige Strategien und Perspektiven für eine nachhaltige Energieversorgung zu entwickeln. Der verstärkten Nutzung erneuerbarer Energien wird dabei vielfach eine Schlüsselrolle zur Bewältigung dieser Herausforderungen zugesprochen. Einer weit verbreiteten Ausschöpfung der auch in Deutschland in großem Maße verfügbaren Potenzialen an regenerativen Energieträgern stehen jedoch häufig noch die damit verbundenen hohen Kosten im Vergleich zu fossilen Energieträgern entgegen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher zu untersuchen, welchen Beitrag erneuerbare Energieträger in einem wettbewerblichen Marktumfeld langfristig zur Energieversorgung leisten können und in welchem Umfang erneuerbare Energieträger durch die Internalisierung der Treibhausgasvermeidungskosten in den Energiepreisen profitieren können. Zur Bewertung der Rolle erneuerbarer Energieträger sind mit Blick auf das Gesamtenergiesystem Interdependenzen zwischen der Nutzung erneuerbarer Energieträger und den übrigen Sektoren des Energiesystems zu berücksichtigen. Neben der Vernetzung des Energiesystems in horizontaler Richtung durch Prozessketten über Sektoren hinweg und in vertikaler Richtung durch die Konkurrenz regenerativer mit fossilen Energietechnologien sind dabei auch Kopplungen über Energiepreise, deren Höhe über die Wettbewerbsfähigkeit einer regenerativen Energietechnologie entscheidet, sowie die energie- und preisseitigen Effekte durch Einführung energiepolitischer Instrumente zu beachten. Aufgrund dieser Systemzusammenhänge wird daher ein auf dem Ansatz der linearen Programmierung basierendes intertemporales Energiesystemmodell verwendet, in dem die Energiewirtschaft Deutschlands von der Primär- bis zur Nutzenergie technologisch detailliert abgebildet und hinsichtlich der Systemkosten optimiert wird. Um die Wechselwirkungen innerhalb des Energiesystems aufzuzeigen, werden sich z. T. ergänzende methodische Verfahren entwickelt und eingesetzt. Neben einem Bilanzierungsmodell zur Ermittlung von die Prozessvorketten berücksichtigender Indikatoren zählen hierzu ein auf der Dualitätstheorie beruhendes Verfahren zur Dekomposition der Energie- und Zertifikatspreise, Methoden der Sensitivitätsanalyse zur Ermittlung der fundamentalen preisbestimmenden Faktoren und Techniken der parametrischen Programmierung, um neben Variationen der Modelleingangsdaten Treibhausgasvermeidungskostenkurven und Angebotskurven regenerativ erzeugten Stroms unter Berücksichtigung der systemaren Zusammenhänge im Energiesektor abzuleiten. Mit Hilfe des entwickelten Energiesystemmodells und der Analysemethoden werden die zukünftigen Entwicklungsperspektiven erneuerbarer Energien im deutschen Energiesystem bis zum Jahr 2050 szenariogestützt untersucht. In den Szenarien werden einerseits die mit einer Quote erneuerbarer Energien in der Stromerzeugung verbundenen energie-, kosten- und emissionsseitigen Auswirkungen betrachtet und andererseits der Beitrag erneuerbarer Energien in Konkurrenz mit alternativen Minderungsoptionen zur Erreichung von Treibhausgasminderungszielen dargestellt. Weiterhin werden in simultanen Variationen die Wechselwirkungen zwischen beiden Instrumenten und ihre Auswirkungen speziell auf die Stromerzeugungsstruktur und die Strompreise beleuchtet. Against the background of an increasing global energy demand and the danger of an anthropogenic disturbance of the climate system by the emission of greenhouse gases, it is necessary to develop sustainable strategies and perspectives for the future energy system. The increased usage of renewable sources is identified from many sides as a key element in strategies to overcome these challenges. However, a widely utilisation of the also in Germany large existing potentials of renewable energy carriers is currently still opposed by the associated high costs relative to fossil energy sources. The intention of the submitted thesis is to analyse the contribution of renewable energy sources in the long-run under competitive market conditions to the energy supply and to study the extent to which renewable energy sources can benefit from the internalisation of greenhouse gas abatement costs in the energy prices. To assess the role of renewable energy sources in the context of the entire energy system, interdependencies between the utilisation of renewable energy sources with other aspects and sectors of the energy system have to be taken into account. In addition to the interconnectedness of the energy system in the horizontal direction by process chains across sectors and in the vertical direction by the competition of renewable with conventional fossil technologies also the linkage by energy prices, which serve as benchmark for the competitiveness of a renewable energy technology, and the energy and price related effects caused by the introduction of policy instruments have to be considered. Due to these interactions within the system, a linear programming based dynamic energy system model is used, which depicts technologically detailed the German energy sector from the primary energy supply to the end-use energy demand side and optimises the energy system with respect to its total costs. In order to reveal the interactions and dependencies within the energy system, several partially complementary methodologies have been developed and applied to the model. Apart from a balance model that allows the calculation of specific indicators under consideration of previous process chains, the methodology comprises a method for decomposing energy and certificate prices based on the duality theory, the method of sensitivity analysis to identify the fundamental price-determining activities and parametric programming techniques to derive greenhouse gas abatement cost curves and renewable electricity supply cost curves. With the help of the developed energy system model and analysis tools, the future development perspectives of renewable energy in the German energy system until the year 2050 are studied in various scenarios. In these scenarios, on the one side the energy-, cost- and emission related effects associated with a quota for the electricity production from renewable sources are studied, on the other side the contribution of renewable energy sources to given greenhouse gas abatement targets in competition with alternative abatement measures is examined. Furthermore the interdependencies between these two policy instruments on each other and their effects on the structure of the electricity sector and on the electricity prices are highlighted.

Ziel der Diplomarbeit ist es, sich kritisch mit dem Thema Sanierung im Bestand und der Revitalisierung der Plattenbausiedlungen in den neuen Europ��ischen L��ndern, auseinanderzusetzen. Dies ist wichtig, weil das Sanierungsproblem nicht nur im Mittelosteurop��ischen Raum (MOE) gegenw��rtig ist, sondern auch in vielen westeurop��ischen Industriel��ndern ein zentrales Thema geworden ist. Im Zuge der Ausarbeitung wird in Bezug auf Deutschland ein geschichtlicher R��ckblick gemacht warum diese Siedlungen entstanden, wie viele Plattenbauten im MOE Raum zu finden sind und welche Geb��udetypologien in Deutschland am meisten zur Anwendung kamen. Diese Arbeit gibt einen ��berblick ��ber den Stand der Wissenschaft, welche Sanierungskonzepte bereits existieren, inwieweit sie praktisch umgesetzt sind und welche Verbesserungsm��glichkeiten bestehen. Untersucht wird, ob es neue innovativere L��sungsans��tze f��r die Sanierung im Bestand gibt und wie diese bereits umgesetzt sind oder aussehen k��nnten. Untersucht wird hierzu ein g��ngiger Geb��udetypus aus Deutschland - jener, der am h��ufigsten zur Anwendung kam. Es handelt sich hier um ein reines Gedankenexperiment wie man mit innovativen Systemen schaffen k��nnte, den Energieverbrauch wesentlich zu reduzieren. Bedenkt man die Gesamtfl��che der noch zu sanierenden Geb��ude, findet man auch aus marktpolitischer Sicht ein enormes Entwicklungspotential, da die Erhaltung der Bausubstanz notwendig ist und ein Abriss unm��glich. Es soll mit dieser Diplomarbeit gezeigt werden, dass es sinnvoll ist sich auch an der Fakult��t f��r Architektur mit der Forschung zu besch��ftigen, um neue und sinnvolle Methoden zur Geb��udesanierung zu entwickeln. Es wird bereits an der TU Wien mit dem Modul Experimenteller Hochbau ein Schritt in diese Richtung erm��glicht, den es gilt weiter auszubauen! Aim of the thesis is to deal critically with the issue of renovation and revitalization of prefabricated housing estates in the new European countries. This is important because this issue is present not only in the Middle East European Space (MEO), but also has become a key issue in many Western European industrial countries. Initially a historical review is made referring to Germany why these settlements have been built, how many panel buildings can be found in the CEE region and the building typologies which are the most applied in Germany. This work gives an overview of the state of scientific knowledge, which remedial concepts already exist, how they are implemented in practice and what are the opportunities for improvement. It will be investigated whether there are new innovative solutions for the renovation of existing panel buildings and how these have already been implemented or how they could look like. A common type of building in Germany - the one which most often was used - is examined as an example. We are discussing a pure thought experiment how one might manage to reduce the energy consumption significantly with the help of innovative systems. Considering the total area of the yet to be rehabilitated buildings this is quite a market perspective and an enormous development potential, the preservation of the panel buildings is the better alternative to demolition. It will be shown in this thesis that it is useful even at the Faculty of Architecture to do some research for finding new and useful methods to develop building renovation. The combination of the classic art of construction with experimental science, is able to create new technologies, appliances and additives which is already done in the module Experimental construction at the Vienna University of Technology.

Mit der vorliegenden Arbeit werden die Emissionen eines Biomasseheizwerkes der Firma URBAS messtechnisch erfasst. Mit diesen Istwerten wird ein Vergleich mit der vorhandenen Literatur gezogen, um eine Reduktion der NOx-Abgaswerte erreichen zu k��nnen. Dazu wird in der einschl��gigen Literatur der theoretische Hintergrund recherchiert, analysiert und es werden m��gliche L��sungswege dargestellt. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt im Feststellen von Prim��rma��nahmen zur Vermeidung von Emissionen. Im Ausblick auf zuk��nftige Entwicklungen wird theoretisch auf die Sekund��rma��nahmen eingegangen. Der Praxisteil dieser Arbeit beinhaltet die Erfassung, Aufbereitung und den Vergleich von messtechnischen Daten einer Anlage der Firma URBAS. Diese sind die Grundlage f��r die Festlegung von m��glichen Prim��rma��nahmen. With the paper in hand the emissions of a biomass heating plant manufactured by the company URBAS are technical measured. These actual values will be compared with values from literature to be able to reach a significant reduction of NOx-emissions. In addition the theoretical background is investigated at corresponding literature, by analysing and showing possible solutions. The main focus of the paper is to lock primary tasks in prevention of emissions. About secondary tasks is only talked theoretically due to prospective developments. The praxis part of the paper includes the coverage, the preparation and the comparison from technical measured data of a plant by company URBAS. These are the basis for the settling of possible primary tasks.

Das Wissen um die endliche Verfügbarkeit konventioneller, fossiler Rohstoffe führte zur intensivierten Auseinandersetzung mit alternativen, erneuerbaren Energiequellen. Im Zuge dieses als Energiewende bezeichneten Prozesses hat die thermische Nutzung des Untergrundes als Speicher, aber auch als Quelle von Wärme deutlich zugenommen. Diese Entwicklung verstärkte die Forschungsbestrebungen für die Beschreibung thermischer Parameter des Untergrundes sowie der Bauwerke, die zur Wärmegewinnung genutzt werden, über Temperaturverteilungen während Installation und Betrieb. Die zugehörigen Temperaturmessungen können dafür zeitgemäß, kostengünstig und unaufwendig mit Ramanspektrum basierter, verteilter Temperaturmessung auf Glasfaserkabeln (DTS) durchgeführt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde vom aktuellen, erkundungsbezogenen Stand der Technik aus, dem Thermal-Response-Test, untersucht, inwieweit eine Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Erdwärmesonden eines Sondenfeldes gegeben ist und diese Ergebnisse auch nicht etablierten, tiefenaufgelösten TRT gegenübergestellt. Aufgrund der Notwendigkeit der Verfügbarkeit von Erdwärmesonden zur TRT-Durchführung wurde sich entsprechend auch mit alternativen Erkundungsmöglichkeiten auseinandergesetzt. Dafür wurde sich mit der Temperaturcharakterisierung von flachem Untergrund sowie der Erdwärmesonde (EWS) beschäftigt. Temperaturmessungen während Aufheizen und Abkühlen des Untergrunds wurden mit DTS durchgeführt und alternativen Erkundungsverfahren, wie Direct-Push, gegenübergestellt. In Kombination mit den TRT-Temperaturverteilungen zeigte sich dabei, dass nicht nur geologische Schichten unterschieden werden können, sondern auch, dass der Ausbau der Erdwärmesonde einen erkennbaren Einfluss auf die Messungen hat. Aus diesem Grund wurden die Arbeiten mit Untersuchungen zur Nutzung der Hydrationswärme als Werkzeug des Qualitätsmanagements von EWS abgeschlossen. Dabei wurde auf numerische Wärmeleitungsmodellierung, Laborversuche und Feldversuche zurückgegriffen. Aus der Summe der Ergebnisse wurden unterschiedliche Erklärungsansätze abgeleitet, welche notwendig sind für die Abschätzung, inwieweit die gefundenen Beobachtungen zur Erkundung und zum Qualitätsmanagement von Erdwärmesonden beitragen können. Dabei zeigte sich, dass verteilte Temperaturmessungen im Allgemeinen gut dazu geeignet sind, das relative Wärmespeichervermögen des Untergrundes zu ermitteln sowie mögliche Fehlstellen in der Hinterfüllung einer EWS zu detektieren. Damit kann die Temperaturmessung innerhalb einer EWS dazu genutzt werden, künftige Nutzungsarten zu definieren und die EWS vom Einbau an auf ihre Qualität zu überprüfen. Die Ankopplung dieser Versuche an herkömmliche Verfahren wie den Thermal-Response-Test hat sich bewährt, aber auch gezeigt, dass die Ergebnisse, die in TRT ermittelt werden, stark von den Einbaubedingungen der EWS abhängen. Eine direkter Vergleich von unterschiedlichen TRT eines EWS-Feldes (quartäre Sedimente, Sand, Kies, Schluff) wirft dabei Fragen zur Übertragbarkeit von TRT-Ergebnissen auf Nachbarsonden auf, die nicht abschließend geklärt werden konnten. Alle Temperaturdaten aus den Experimenten können von den Archivservern des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) bezogen werden. Die Ordner-Struktur des Archivs ist in Appendix A dargestellt. Zusätzlich sind die Daten der angesprochenen Publikationen hinterlegt. Link: https://www.ufz.de/record/dmp/archive/6446/de/. Sollten Probleme beim Zugriff auftreten bitte ich darum sich direkt an das UFZ zu wenden. The knowledge about the limited availability of conventional, fossil energy resources directed the focus on alternative, renewable energy resources. In the course of this energy transition, there is an increased use of the shallow subsurface for thermal energy mining and storage. This increase in use led to deeper research in the field of characterisation of thermal properties of the (shallow) subsurface as well as investigations in related thermal energy mining systems like borehole ground heat exchanger (BHE). Hereby, temperature evolution during operation or exploration of the BHE with thermal response tests (TRT) were of special interest. Respective measurements can be done by Raman-spectre based distributed temperature sensing (DTS). In the presented work the actual standard tool for geothermal exploration, the TRT, is the basis for further investigation. Here, the comparability between TRTs of different BHE at the same test site is of special interest as well as the comparison to the not widely established enhanced (depth depending) TRT. As the TRT itself is in need of a BHE, approaches more easy to apply were also investigated. To achieve the mentioned points, temperature evolution was measured with the help of DTS within the subsurface as well as within BHE. This was done during heating and cooling phases and partially compared to alternative exploration data like various Direct-Push (DP) techniques. The analysis of the temperature distributions showed not only that different geological layers can be distinguished during exploration phase but also that the construction process and quality have a measurable impact on the results. This led to investigations of the usability of hydration heat for BHE quality management by field site temperature measurements as well as laboratory and numeric analysis. From the sum of the results multiple explanations were deduced which help to understand how the results of the exploration and the quality management approaches can help in determining the type of use of future BHE projects. Furthermore, it was shown that distributed temperature measurements are generally well suited for deduction of subsurface relative thermal storage potential as well as detection of possible failures within the grouting of a BHE. Temperature measurements in BHE can therefore be used to define the future thermal usage of the subsurface as well as help detecting failures of the BHE from installation onwards. Combining those approaches with conventional TRT was successful. However, it could be shown that the results of TRT strongly depend on BHE installation procedure. It is also shown that the direct comparison of different BHE from the same field site (quarternary sediments, sand gravel, tilt) shows varying results, leading to questions about the comparability of TRT of adjacent BHE which could not finally be resolved. The data of all experiments is stored at the science-server of the Helmholtz-Centre for Environmental Research (UFZ). The folder structure of the server can be found in appendix A. The data of the publications can be found there too. The data can be accessed as raw as well as processed data from the following link: https://www.ufz.de/record/dmp/archive/6446/de/. If you have trouble accessing the data, please directly contact someone at the UFZ to help you.

Die vorliegende Arbeit befasst sich hauptsächlich mit dem Thema Energie, dazu wurde eine Literaturrecherche durchgeführt. Es wurde ein Konzept erarbeitet, welches aus einem Zusammenschluss erneuerbarer Energien und verschiedenen Technologien besteht, aber auch der Natur ihren Platz zugesteht. Dieses Konzept wird mittels technischer Zeichnungen dargestellt, anschliessend wurden, durch Berechnungen und Simulationen, die dazugehörigen Werte der verschiedenen Systeme und Anlagen ermittelt. Das Konzept besteht aus zwei Gebäudekomplexen die Platz für zirka 12'000 Personen bieten, sie sind mit einer Fassaden- und Dachbegrünung ausgestattet und von einem Pumpspeicherkraftwerk, welches durch einen Wald kaschiert wird, umgeben. Es wurde darauf geachtet, dass verschiedene Anlageteile des Gesamtprojekts multifunktionell sind, das heisst Energie produzieren, Platz für die Natur lassen und den Bewohnern als Naherholungsgebiet dienen. Die Gebäudekomplexe besitzen verschiedene Photovoltaikanlagen, welche in den oberen Südfassaden integriert wurden, sich auf den Süddächern oder auf dem Pumpspeicherkraftwerk befinden. Die tagsüber durch die Photovoltaik erzeugte Energie, wird in den Gebäuden etagenweise mittels Akkus/Batterien gespeichert und für die Nacht verfügbar gemacht. Energieüberschüsse, welche mehrheitlich durch die Photovoltaikanlage des Pumpspeicherkraftwerkes erzeugt wurden, werden in diesem als potentielle Energie gespeichert. Das heisst am Tag wird Wasser mittels «Solarstrom» hochgepumpt und in der Nacht mittels Turbinen wieder in elektrische Energie umgewandelt. Die zwei Gebäudekomplexe A+B, sind jeweils in drei Häuser für rund 2'000 Personen gegliedert und besitzen ein eigenes, von den anderen Häusern unabhängiges, Heizungs-/Kühlungs-, Lüftungs- und Warmwasserbereitungssystem. Dieses System besteht aus Wärmepumpen und sorgt dafür, dass die Heizung/Kühlung, Kontrollierte Wohnungslüftung, sowie die Warmwasserbereitung pro Haus möglichst «klimaneutral» betrieben werden. Dazu wird das aufbereitete Hausabwasser, welches noch Restwärme besitzt, in einen grossen Brauchwassertank geleitet, wo ihm diese mittels Wärmepumpen entzogen und an den Hauptpufferspeicher des Warmwasserbereitungssystems abgegeben wird. Das nun kalte Brauchwasser wird in einen zweiten, extrem grossen unterirdischen Tank geleitet. Dort entzieht es im Winter der Umwelt Energie in Form von Wärme, respektive gibt diese im Sommer ab. Dieser Tank dient als Wärmequelle/senke für die Wärmepumpen des saisonalen Pufferspeichers, sowie als Wärmequelle für den Pufferspeicher der Warmwasserbereitung. Dadurch kann die benötigte Wärmeenergie für das Heizungs-/Kühlungs- und Lüftungssystem saisonal gespeichert und genutzt werden. Die beiden Pufferspeicher dienen dazu, da die Gebäudekomplexe relativ gross sind, die Wärme- und Kälteenergie zwischen zu speichern. Der Transport und die Verteilung der Energie wird mit Klimawärmepumpen bewerkstelligt, bei welchen der Kältekreis umgekehrt werden kann, dadurch kann die Energie, je nach Saison an das modular aufgebaute Heizungs-/Kühl-, Lüftungs- und Warmwasserbereitungssystem abgegeben, respektive aufgenommen werden. Die Warmwasserbereitung wird ganzjährig durch die Solarthermie und in der Wintersaison, durch ein Blockheizkraftwerk unterstützt. Das Blockheizkraftwerk wird mit Biogas, welches aus den biogenen Abfällen der Bewohner erzeugt wird, betrieben. The present paper deals primary with the topic of energy, for this was a literature research carried out. A concept was developed, which results form a combine of renewables energies and different technologies, but also lets nature take its place. This concept is presented by technical drawings, subsequently, the corresponding values of the various systems and facilities were determined through calculations and simulations. The concept consists of two building complexes, which have space for 12’000 people, they are covered with a green façade and roof and surrounded by a pumped storage power station, which is hided through forest. Care was taken, to ensure that different parts of the overall project are multifunctional. That means, that they produce energy, leave space for nature and serve the inhabitants as local recreation area. The building complexes have various photovoltaic systems, which are integrated in the upper south façade and are located on the south roofs, or on the pump storage power plant. The energy, which is produced by the photovoltaic systems during the day, is stored with accumulators/batteries and made it available for the night, that for the whole building floor by floor. Energy surpluses, which are mostly generated by the pump storage power plant, are stored in it as potential energy. This means, that during the day water is pumped up using «solar power», and at night it is converted back into electrical energy with turbines. The two building complexes A+B are divided into three houses, with space for 2’000 persons and each of them has their own heating/cooling, ventilation and hot water preparation system, independent of the other houses. This system consists of heat pumps and ensures, that the heating/cooling, controlled domestic ventilation and hot water preparation system is as climate neutral as possible. For this purpose, the treated domestic waste water, which still has residual heat, is fed into a large service water tank, where the residual heat is extracted by heat pumps and transferred to the main buffer tank of the hot water preparation system. The now cold process water is led into a second very large underground tank, there it extracts in the winter energy from the environment, in the form of heat, or releases it in summer. This tank serves as a heat source or a heat sink for the heat pumps of the seasonal buffer storage, and as a heat source for the buffer tank of the hot water preparation. This allows, the required thermal energy for the heating/cooling and ventilation system, to be stored and used seasonally. The fact that the building complexes are very large, the two buffer storage tanks are used, to store the heating and cooling energy temporarily. The transport and distribution of the energy is done with climate heat pumps, in which the cooling circuit can be reversed. This means that, depending on the season, the energy can be supplied to, or absorbed by the modular heating/cooling, ventilation and hot water preparation system. The hot water preparation system is supported around the year, by solar thermal energy. In the winter season, the hot water preparation system is supported by a cogeneration unit. The cogeneration unit is operated with biogas, which is produced from the biogenic waste of the residents.

Das Themenfeld 'Energieeffizienz' gewinnt aus Gr��nden des Klimaschutzes, der Importabh��ngigkeit von Energietr��gern, der Beschr��nktheit bestimmter Rohstoffe und aus wirtschaftlichen Gr��nden immer mehr an Bedeutung. Die Europ��ische Union r��umt dieser im Rahmen der 'Energieeffizienz-Richtlinie' gro��e Bedeutung ein, sodass die nationalen Parlamente in der Union entsprechende Ziele zur Erh��hung der Energieeffizienz beschlossen haben. Diese Arbeit beschreibt eine Methode, mit deren Hilfe der Einspareffekt von Energieeffizienzma��nahmen im Geb��udebereich bewertet werden kann. Diese tr��gt dem Umstand Rechnung, dass in Bewertungsprozessen unsichere Einflussgr����en die nach Ma��nahmenumsetzung eingesparte Energiemenge wesentlich beeinflussen k��nnen. Einflussparameter wie die Au��entemperatur oder die Betriebszeit einer Anlage sind nicht ��ber die Lebensdauer einer Ma��nahme vorhersagbar, k��nnen allerdings erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch haben. Daher unterscheidet die vorgestellte Methode zwischen festen, bekannten Einflussparametern, und unsicheren Modellparametern, welchen eine statistische Verteilung zugeordnet wird. Mittels Monte-Carlo-Simulation wird eine Verteilung des Einspareffekts gewonnen, sodass anstelle eines Einzahlwerts ein entsprechendes Intervall das Ergebnis der Bewertung darstellt, was das Ergebnis wesentlich robuster macht. Im Zusammenhang mit Bewertungsmethoden spielen die Definition und Normalisierung des Vergleichsszenarios, der Baseline, eine bedeutende Rolle, was in dieser Arbeit allgemein und anhand von Beispielen diskutiert wird. Im Folgenden wird die Methode zun��chst allgemein beschrieben und anschlie��end ihre Anwendbarkeit im Rahmen von ausgew��hlten Beispielma��nahmen demonstriert. Dabei zeigte sich, dass Modellparametern, welche nicht n��her bekannt sind, aufgrund der Durchf��hrung von Monte-Carlo-Simulationen eine geeignete statistische Verteilung basierend auf realistischen Annahmen zugewiesen werden kann, sodass die Methode selbst bei geringer Datenlage hilfreiche Ergebnisse bereitstellt. Dar��ber hinaus kann mit ihrer Hilfe der Einfluss m��glicher 'Rebound-Effekte' abgesch��tzt werden und es k��nnen jene Einflussparameter erkannt werden, welche ��ber den Einsparerfolg einer Energieeffizienzma��nahme entscheiden. Die behandelten Beispielma��nahmen f��r die betrachtete Geb��udestichprobe w��rden nach Umsetzung in Summe zu einer j��hrlichen Einsparung von rund 1200 t CO2 f��hren. As a consequence of climate protection, dependances on imports of energy resources, limited availability of non-renewable energy carriers and due to economic reasons, energy efficiency has gained in importance. The European Union even emphasizes its importance in a directive leading national parliaments to pass laws to increase energy efficiency. This thesis describes a method to evaluate the achievable energy savings by measures in the building sector. The fact that uncertain factors can significantly affect the calculated amount of saved energy is taken into account by implementation of energy efficiency measures. Influencing quantities, such as outside temperature or the operating time of an energy consuming system, cannot be predicted precisely throughout the lifespan of a measure. Consequently, the introduced method distinguishes between fixed model parameters, which stay the same throughout the simulation and uncertain model parameters, which are identified by an appropriate statistical distribution. Via a Monte-Carlo-Simulation a distribution of the achievable energy savings can be evaluated. Instead of delivering a single quantity, the introduced method provides a range of variations for the expectable energy savings leading to a much more robust result. The specification and normalization of the baseline plays a very important role in the process of evaluating energy savings of an energy efficiency measure, which will be discussed both in general and on the basis of case studies. In the following, the above mentioned method will be described in general and its applicability will be shown using a real dataset of selected buildings. It will be shown that if required model parameters are unknown for a building, it is possible to estimate them using an appropriate statistical distribution and applying it in the Monte-Carlo-Simulations. Consequently, the method leads to useful results even if there is little knowledge of required model parameters. Moreover, the influence of possible ��rebound-effects�� can be estimated as well. Finally, using the method provides information, which influencing quantities have the highest impact on the achievable savings. If all in this thesis presented examples of energy efficiency measures were implemented, about 1200 tons of CO2 emissions could be saved per year.

In future, heat pumps and shallow geothermal energy will play a central role in the decarbonization of the building and energy sector. The potentials of shallow geothermal energy have not been exploited so far, in particular due to the high complexity of planning and approval processes. In addition, the various stakeholders involved in the planning process create interfaces, which can lead to transfer gaps and barriers for an optimized system design. In order to raise the potentials and optimize the system design, a holistic planning process and the combination of different planning tools are necessary, which enable, among other things, geothermal site evaluations, the representation of the mutual thermal influence of geothermal borehole heat exchangers and their effects on neighboring properties, as well as the evaluation of geothermal systems under consideration of economic and ecological decision parameters. In this context, a simulation-based multi-level planning methodology is presented, which enables the holistic planning of geothermal heat pump systems with borehole heat exchangers on the scales of single buildings up to district level in the early planning phases. By integrating calculation tools for mapping the upper ground and subsurface into a closed simulation chain, existing transfer gaps between different trades can be closed. Using a prototypically implemented system configurator, geothermal heat pump systems can be designed in detail, compared with conventional systems, and evaluated on the basis of technical, energetic, economic, and ecological criteria. The combination of configuration, immediate result plotting and automatically triggered simulations running in the background enables an iterative and practical design process. In this context, a heat pump system model is presented which is adapted to the functionalities of the system configurator and specialized for the early planning process. This model includes thermal storage balances and control algorithms, is applicable on city district level and can be coupled bidirectionally to subsurface models. The tool chain's connection to an existing web- and GIS-based geoportal including databases enables a central data aggregation and geothermal site evaluations. This can provide tool-based support for the application and approval process of shallow geothermal systems and holistic planning approaches such as municipal heat planning. Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023; Aachen : RWTH Aachen University 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme (2023). = Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023 Published by RWTH Aachen University, Aachen

Im Bereich der Kraftfahrzeugentwicklung ist die weitere Nutzung ��bersch��ssiger thermischer Energie zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades von gro��em Interesse. Deren Speicherung erm��glicht etwa die Erw��rmung der Betriebsfl��ssigkeiten bzw. der Motorstruktur, sowie die Lieferung der notwendigen Aktivierungsenergie f��r die Abgasnachbehandlung. Entsprechende sensible und latente W��rmespeicher wurden bereits bis zur Serienreife entwickelt. Im Speziellen chemische W��rmespeicher lassen aber durch ihre hohe Energiedichte im Vergleich zu anderen Speicherkonzepten auf ein gr����eres Potenzial schlie��en. Im Rahmen der vorangegangen Forschungsarbeit wurde ein Prototyp eines chemischen W��rmespeichers f��r die Anwendung im Kraftfahrzeug entwickelt. Dieser basiert auf der Hydration ausgew��hlter Salze und soll Energie aus dem K��hlkreislauf speichern, um bei einem Kaltstart die schnel-lere Erw��rmung des K��hlmittels zu erm��glichen. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt zun��chst eine Beurteilung des Prototyps durch eine simulative Bewertung der Speicherleistung bei einer Integration in ein entsprechendes Gesamtfahrzeugmodell. Es zeigt sich, dass der Speicher durchaus in Konkurrenz zu anderen Thermomanagement-Ma��nahmen treten kann, die Leistung des Speichers aber noch hinter dem theoretischen Potenzial des Speichermaterials zur��ckliegt. Zur weiteren Erschlie��ung dieses Potenzials werden Untersuchungen zur Verbesserung des Speicherprozesses durchgef��hrt. Der Fokus liegt dabei auf dem Einsatz von Tr��germaterialen zur Bildung eines Verbundwerkstoffes mit den Salzhydraten. Dies soll einerseits die Hydration erleichtern, um somit die gespeicherte Energie schneller und effektiver freisetzen zu k��nnen und andererseits den W��rme��bergang und die Stabilit��t des Speichermaterials positiv beeinflussen. Es werden unterschiedliche Materialien auf deren Eignung ��berpr��ft, darunter Metalle, Kunststoffe sowie anorganische Werk-stoffe wie Glas- bzw. Keramikwerkstoffe. Die Ergebnisse und Erkenntnisse der Untersuchungen dienen in Folge als Grundlage f��r die Weiterentwicklung des Speicherprozesses bzw. den Aufbau eines weiteren Prototyps. Driven by an increasing focus on fuel efficiency, the use of excess thermal energy has attracted significant interest in automotive engineering in recent years. Thermal energy storage systems facilitate a faster increase in both engine and operating liquid temperatures or provide the necessary activation energy for exhaust aftertreatment systems. Whereas systems based on sensible or latent heat storage technologies are already sufficiently mature for production use, thermochemical storage systems that offer a higher energy density and therefore a higher application potential are still in an early stage of development. In prior research a prototype for such a system was developed and tested. It is based on the sorption process using selected salt hydrates and stores thermal energy from the cooling circuit for release during the next cold start procedure. This thesis evaluates the performance of the prototype in an overall vehicle system through computer simulation. Compared to other thermal management methods, the chemical storage system performs adequately, but its output currently remains far below the theoretic potential. To further improve the capability of the technology, exami-nations with emphasis on the application of a carrier material to form a composite with the salt hydrate, are performed. This should enhance the hydration process and lead to faster and more effective heat release. In addition to the heat transfer, the structural stability of the embedded salt is also improved. Various materials such as metals, synthetics and inorganic materials like glass and ceramic are reviewed and evaluated. The outcome of the investigations provides a basis for the improvement of the storage system and the development of an enhanced prototype in the future.

The share of renewable electricity generation of gross electricity consumption in Germany increased from 6.8 % to about 20 % during the years of 2000 and 2011. This share will increase even more in the future. The greater part of the renewable electricity generation is characterized by significant fluctuations, which can only be planned to a limited extent. Hence, the electricity system in Germany faces the challenge to integrate an increasing amount of fluctuating renewable electricity generation. Additionally the system stability needs to be ensured, despite a decreasing capacity in conventional power plants. One option to support the integration of large amounts of renewable electricity generation and to enhance system stability is the deployment of storage technologies. The aim of this research was to analyze the role of storage technologies to integrate high shares of renewable electricity generation into the electricity system of Germany. To achieve this aim, adiabatic compressed air energy storage, diabatic compressed air energy storage and mobile battery storage systems were simulated and compared with a pumped hydro storage as the reference storage system. Key characteristics of these storage systems were modeled within a fundamental stochastic unit commitment model of the German power markets (Joint-Market-Model) in order to analyze the effect of the implementation of these storage systems on the overall cost of the electricity system. Additionally, the operation of the storages in an electricity system with high shares of renewable energy was evaluated. The results show that the integration of large shares of renewable electricity generation into the grid can only be achieved with a substantial implementation of storage systems. To integrate 50 % of renewable energy, a storage power of 27 GW and storage capacity of 245 GWh is needed. For a renewable energy share of 80 %, a storage power of 78 GW and a storage capacity of 6.3 TWh are necessary. A 100 % renewable energy share requires a storage power of 139 GW and a storage capacity of 83 TWh. This also requires a significant capital expenditure. One option to reduce the overall system costs without compromising the system stability is to allow “curtailment” of wind and solar power. Curtailment is hereby only used, if it leads to lower operating costs of the system. For 50 % share of renewable energy the storage power can be reduced from 27 GW to almost 11 GW at constant storage capacity. The required storage capacity is reduced from 6.3 TWh to 5.4 TWh and the storage power from 78 GW to 66 GW for a share of 80 % of renewable energy. For a share of 100\% of renewable energy, the requirement of storage capacity is reduced from 83 TWh to 57 TWh and of storage power from 139 GW to 106 GW. In all assessments, where curtailment is allowed, the system costs are reduced. With this procedure only a minor share of renewable electricity generation (<1 %) is hereby not integrated into the grid. Furthermore, in this research the effects of different charging strategies of electric vehicles are analyzed. An uncontrolled charging, where the electric vehicles are charged at the instant they are connected to the grid is compared with a controlled charging (Vehicle-to-grid, V2G), where the time of charging can be delayed due to economic reasons until the starting time of the next trip. However, the controlled charging strategy of electric vehicles was found to have very little positive effect on the system costs. In a year with low wind and solar supply (reduced wind and solar supply by 15 %), the system stability is not given for a share of renewable electricity generation of 80 % and 100 %. To ensure the system stability for very high shares of renewable electricity generation, the power plant portfolio needs to be determined based on a load curve with yearly low wind and solar supply. Der Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch ist zwischen den Jahren 2000 und 2011 von 6,8 % auf über 20 % gestiegen. Zukünftig wird dieser Anteil weiter zunehmen. Ein Großteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ist durch erhebliche Fluktuationen, die nur in begrenztem Umfang planbar sind, charakterisiert. Das Elektrizitätssystem Deutschlands steht daher vor der Herausforderung, immer höhere Anteile der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aufzunehmen und trotz abnehmender Kapazitäten des konventionellen Kraftwerkparks die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Einen Beitrag zur Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung und zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit können Speicher liefern. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Rolle und Bedeutung von Stromspeichern zur Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien in das Elektrizitätssystem Deutschlands zu analysieren und zu bewerten. Hierfür wurde der Speicherbetrieb adiabater Druckluftspeicher, diabater Druckluftspeicher und mobiler Batteriespeicher (in Elektrofahrzeugen) mit Hilfe eines technischen Modells simuliert und anhand einer technisch-ökonomischen Analyse dem Referenzsystem „Pumpspeicher“ gegenübergestellt. Wesentliche Charakteristika wurden anschließend in ein Optimierungsmodell der Einsatzplanung des Elektrizitätssystems Deutschlands (Joint-Market-Model) übernommen, um die Auswirkungen des Speichereinsatzes zur Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien auf die Systemkosten und den Speicherbetrieb zu analysieren. Es wurden anhand verschiedener Szenarien die Anteile erneuerbarer Energien von 50 %, 80 % und 100 % am Bruttostromverbrauch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine vollständige Integration hoher Anteile der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nur mit einem erheblichen Ausbau an Speichern realisiert werden kann. Für einen Anteil von 50 % erneuerbarer Energien an der Elektrizitätsnachfrage in Deutschland wurde ein Bedarf an Speicherleistung von 27 GW und an Speicherkapazität von 245 GWh ermittelt. Zur Integration eines Anteils von 80 % erneuerbaren Energien sind eine Speicherleistung von 78 GW und eine Speicherkapazität von 6,3 TWh erforderlich. Für 100 % erneuerbare Energien werden Speicher mit einer signifikant höheren Speicherleistung von 139 GW und einer Speicherkapazität von 83 TWh benötigt. Dies geht mit einem erheblichen Kapitalaufwand einher. Bei einem Verzicht auf eine vollständige Integration der erneuerbaren Energien, einem „Curtailment“, kann die Stromeinspeisung aus Windenergie- und Photovoltaikanlagen reduziert werden, falls dies zu geringeren Systembetriebskosten führt. Hierdurch verringert sich der Speicherbedarf erheblich. Der Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, der aus ökonomischen Gründen nicht aufgenommen wird, ist dabei kleiner als 1 %. Für einen Anteil von 50 % erneuerbarer Energien wird bei gleichbleibender Speicherkapazität eine Speicherleistung von knapp 11 GW (statt 27 GW) benötigt. Bei einem Anteil von 80 % erneuerbarer Energien kann die Speicherleistung von 78 GW auf 66 GW und die Speicherkapazität von 6,3 TWh auf 5,4 TWh verringert werden. Für 100 % erneuerbare Energien liegt der Speicherbedarf bei 106 GW (statt 136 GW) Speicherleistung und 57 TWh (statt 83 TWh) Speicherkapazität. Das „Curtailment" führt somit in allen Szenarien zu einer Reduktion der Systemkosten.

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Thema ein nachhaltiges, ökologisches und ökonomisches Hotel in Antalya zu entwerfen. Das Klima in Antalya tritt im Allgemeinen in das mediterrane Klima ein. Die Sommer sind heiß und trocken, die Winter regnerisch und stürmisch. Da Antalya eine Touristenstadt ist, gibt es hier Unmengen an Hotels, die vorwiegend für Großfamilien mit Kindern sind. Dieser Entwurf ist anders als die „herkömmlichen“ Hotelprojekte, die es in Antalya schon gibt. Das Ziel des Entwurfes ist ein Treibhaus- und/oder Gewächshaushotel mit all seinen nachhaltigen Nutzen entlang der Küste zu schaffen. Neben der nachhaltigen Gebäudestruktur des Öko-Hotels werden viele energiesparenden Maßnahmen eingesetzt. Im Fokus stehen hierbei die Verwendung von natürlichen Baumaterialien in monolithischer Bauweise, unterirdische monolithische Betonzisterne für Trink- oder Nutzwasser zur Bewässerung des Innengartens und ebenso eine Meerwassersolaranlage, die als zusätzliches Trinkwasser fungieren soll. Durch Gebäudeintegrierte Photovoltaik-Module (GiPV) an der Fassade und auf dem Dach des Atriums wird die Sonnenenergie genutzt und in Strom zur Erwärmung des Duschwassers umgewandelt. Ein Gebäude, dass nicht nur nimmt, sondern auch gibt! Gegen die Monotonie im Alltag soll das Öko-Hotel eine abwechslungsreiche und beruhigende Entspannung fördern. Als therapeutische Zwecke wird die Thalasso- und Kneipp-Therapie angewendet. Thalasso ist einfach eine Heilbehandlung am und mit dem Meer, aber mit allem, was dazugehört: Wasser, Algen, Schlick, Wind, Salz und frischer, daher schadstoff- und pollenfreier Meeresluft. Einzigartige, heilende Kräfte für Körper und Seele! This diploma thesis describes the idea of designing a sustainable, ecological and economical hotel in Antalya. The climate in Antalya generally enters the Mediterranean climate. Summers are hot and dry, winters are rainy and stormy. Antalya is a tourist city, there are tons of hotels here, which are mainly for large families with children. This design is different from the „conventional“ hotel projects that already exist in Antalya. The aim of the design is to create a greenhouse and/or glasshouse hotel with all its sustainable benefits along the coast. In addition to the sustainable building structure of the eco hotel, many energy-saving measures are used. The focus here is on the use of natural building materials in monolithic construction, underground monolithic concrete cisterns for drinking water or water for other purposes to irrigate the inner garden and also a seawater solar system, which is intended to serve as additional drinking water. Building-integrated photovoltaic modules (BiPV) on the facade and on the roof of the atrium use solar energy and convert it into electricity to heat the shower water. A building that not only takes, but also gives! Against the monotony of everyday life, the eco-hotel is intended to promote varied and soothing relaxation. Thalasso and Kneipp therapy are used for therapeutic purposes. Thalasso is simply a healing treatment by and with the sea, but with everything that goes with it: water, algae, mud, wind, salt and fresh sea air, which is therefore free of pollutants and pollen. Unique, healing powers for body and soul!