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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 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.

Primärrohstoffe entstammen natürlichen Quellen und sind eine endliche Ressource. Sie stehen, abhängig von der räumlichen Lage, in unterschiedlicher Vielfalt zur Verfügung. In vielen europäischen Ländern gibt es jetzt schon kaum bis keine primären Rohstoffreserven.Eine alternative Rohstoffquelle sind die Sekundärrohstoffe. Im Bereich des Bauwesens sind diese Materialbestände in Bauwerken und der Infrastruktur zu finden. Aufgrund der Modernisierung kommt es zu einer zunehmenden materiellen Komplexität heutiger Bauwerke.Städte mit einer hohen Dichte an verbauten Materialien stehen hier besonders im Fokus (Urban Mining). Länderspezifische Ressourcenstrategien haben vor allem die Bewahrung der Primärrohstoffe und das Recycling von Sekundärrohstoffen als Ziel. Auch sollen langfristig,über den Lebenszyklus eines Bauwerks hinweg, die Bewertungsparameter der Ökobilanz reduziert werden. Planungswerkzeuge und -methoden sollen dabei helfen, den Bauwerksbestand bestmöglich wiederzugeben und eine aussagekräftige Bauwerksbewertung zuzulassen.Im Zuge dieser Arbeit wird die Methode der BIM-basierten Materiellen Gebäudepass-Berechnung am Beispiel eines modellierten Wohnhauses durchgeführt. Anfangs wird dasThema Abfallwirtschaft behandelt. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Beschreibung des aktuellen Umgangs mit Baurestmassen in Österreich und der EU. Das Thema „Building Information Modeling“ wird im Anschluss beschrieben. Hier wird der Fokus auf das Verfahrenund dessen Handhabung hinsichtlich der ökologischen und ökonomischen Bewertung vonPlanungsobjekten gesetzt. Die Beschreibung von Möglichkeiten zur Ermittlung von Bauwerkskosten erfolgt im Anschluss. Der Schwerpunkt der Arbeit stellt die BIM-basiertematerielle Gebäudepassberechnung dar. Dabei werden neben der direkten Methodenbeschreibung auch ökologische und ökonomische Ergebnisse ermittelt, um indirekt, Rückschlüsse auf die untersuchte Methode zu erlauben. Die Berechnung erfolgt auf Basis des Referenzmodells (RF-Modell) und auf Grundlage von zwei ökologisch optimierten Modellen.Die ökologischen Optimierungsmaßnahmen führen, gegenüber dem RF-Modell, zu einer Verbesserung der Bewertungskenngrößen der Ökobilanz und zu einer Erhöhung des Recyclinganteils. Die Optimierungen haben eine Kostensteigerung zur Folge, welche durch eine Maßnahmenanpassung minimiert werden. Primary raw materials come from natural sources. They are infinite and depending on the spatial location. The amount of primary raw materials varies. Even now, in many European countries the quantity of primary raw reserves is very small or reaches a critical number. Analternative source of raw material are secondary raw materials. Regarding to the construction industry, these material stocks can be found in buildings or the infrastructure. Due to the modernisation, the complexity of materials used in constructions, increases. Cities with a high density of built-in materials are especially in focus (urban mining). The aim of country specific resource strategies is to prevent primary raw materials and to recycle secondary raw materials.Concerning to the life-cycle of constructions, the reduction of ecological parameters is an other important aim. Planning tools and methods should help to reproduce the building stock in the best possible way and allow a meaningful building evaluation.In the course of this thesis, the method of the BIM-based material passport is carried out using the example of a modelled building. Initially, the topic of waste management will be described.The focus is on the description of the current handling of construction waste in Austria and the EU. After that, the topic “Building Information Modelling” will be discussed followed by a description of the determination of building costs. The focus of this thesis is the BIM-based material passport calculation. Besides the description of the method, also ecological and economical results are determined. There by conclusions about the method can be made. The calculation is based on the original model and ecologically optimized models. Compared to the reference model the ecological optimization measures lead to an improvement in the assessment parameters of the life cycle assessment and to an increase in the proportion of recycling. Due to the optimizations, the building costs increase. These costs can be minimized by adapting the measures.

Die vermehrt aufkommenden Diskussionen zur resilienten Stadt sind vor allem gepr��gt durch globale Ph��nomene wie nat��rliche oder f��r nat��rlich gehaltene Katastrophen, sozio��konomische Krisen, den Klimawandel sowie die Zunahme der Verst��dterung. Sowohl hinsichtlich seiner Verursachung als auch seiner Folgen wird der Begri der Resilienz aus heterogenen Perspektiven definiert und in den wissenschaftlichen Diskurs eingebracht. In der deutschsprachigen sowie in der internationalen raumbezogenen Forschungslandschaft gibt es eine Reihe aktueller Publikationen zu urbaner Resilienz; jedoch nur wenige, die sich mit strategischen Steuerungsanforderungen befassen. Vor diesem Hintergrund wird im Zuge der Diplomarbeit eruiert, ob urbane Resilienz ein brauchbares Konzept f��r die Steuerung der Stadtentwicklung sein kann. Mithilfe aktueller Ver��ffentlichungen aus der stadtbezogenen Resilienzforschung werden die abstrakten Merkmale der unterschiedlichen theoretischen Modelle mit konkreten Eigenschaften belegt und Kriterien zur Unterst��tzung einer resilienten Stadtentwicklung formuliert. Am Beispiel der Stadt Hamburg wird systematisch ��berpr��ft, ob und inwiefern bei der Stadtentwicklung die Leitidee der Resilienz explizit oder implizit verfolgt wird. Dabei werden relevante ��bergeordnete Stadtentwicklungsstrategien sowie ausgew��hlte Stadtentwicklungsprojekte untersucht und ma��gebliche StakeholderInnen befragt. Im Anschluss wird herausgearbeitet, welche Steuerungsanforderungen sich angesichts der unterschiedlich beteiligten StakeholderInnen der Hamburger Stadtentwicklung stellen. Urbane Resilienz ist keine neue Planungstheorie, die bisherige stadtplanerische Leitbilder abl��st; vielmehr ist sie eine F��higkeit des Systems Stadt und kann daher (neue) inhaltliche und konzeptionelle Aspekte zur Steuerung der Stadtentwicklung beitragen. The growing emergence of debates on resilient cities is dominated by global phenomena such as natural or as natural considered disasters, socioeconomic crises, climate change and increasing urbanisation. The concept of resilience is defined through heterogeneous perspectives, both in terms of its causation and its consequences, and introduced into the scientific discourse. There are a number of recent publications on urban resilience in the German-speaking and international spatial research landscape; however only a few that deal with strategic control requirements. Against this background, the diploma thesis investigates whether urban resilience can be a useful concept for managing urban development. Regarding to recent publications from urban resilience research, concrete characteristics are assigned to the abstract attributes of the dierent theoretical models. Further criteria for supporting a resilient urban development are formulated. Using the example of the city of Hamburg, it is systematically examined whether and to what extent the idea of resilience - explicitly or implicitly - is implemented in urban development activities. Relevant urban development strategies as well as selected urban development projects are investigated and relevant stakeholders surveyed. Subsequently, it will be elaborated which control requirements arise considering the stakeholders involved to varying extents in the urban development of Hamburg. Urban resilience is not a new planning theory that replaces previous urban planning policies; rather, it is an ability of urban systems and can therefore contribute (new) content and conceptual aspects to control of urban development.

Die Auswirkungen des Klimawandels sind immer deutlicher bemerkbar und im städtischen Kontext haben diese einen direkten und spürbaren Effekt auf das menschliche Leben. Die städtische Bevölkerung, deren Anteil an der Weltbevölkerung in den nächsten Jahren noch weiter steigen wird, braucht einen angemessenen Grad an Schutz vor den extremen Hitzeeffekten. Die Stadtplanung kann Maßnahmen einsetzen, um bestimmten klimatischen Effekten entgegenzuwirken. Um diese Maßnahmen strategisch und gezielt umsetzen zu können, braucht es ein Set an analytischen Werkzeugen, mit deren Hilfe passende Zielgebiete und Standorte im öffentlichen Raum für Maßnahmen festgelegt werden können. In dieser Arbeit werden Wiener Zählgebiete mit der höchsten Hitzevulnerabilität identifiziert, um darin Teile des öffentlichen Raumes mit mangelnder Verschattung zu untersuchen. Diese Analyse, die aus zwei Schritten besteht, strebt an, den Übergang von dem gesamtstädtischen Bild auf das kleinräumige Detail zu schaffen. Im ersten Schritt werden physische und thermische Merkmale der Stadt mit demographischen Merkmalen der Bevölkerung kombiniert. Dadurch entsteht ein Bild der städtischen Hitze, welches die Vulnerabilität der Bevölkerung mitberücksichtigt. Der sogenannte Hitzevulnerabilitätsindex wird mit Hilfe einer GIS-Analyse für den gesamten Wiener Raum auf Zählgebiet Ebene berechnet. Anhand dieser Analyse werden in einem zweiten Schritt Zielgebiete festgelegt, an denen die Verschattung des öffentlichen Raumes untersucht wird. Durch die Einbeziehung von Gebäudemodellen, Bäumen und anderen Merkmalen des öffentlichen Raumes kommt eine 3D-GIS Verschattungsanalyse zur Anwendung. Es ergibt sich eine messbare Darstellung der Verschattung, anhand von welches passende Stellen für Verschattungsmaßnahmen identifiziert werden können. Ergänzend werden Handlungsempfehlungen für die Platzierung von Verschattungsmaßnahmen entwickelt. The effects of climate change are increasingly noticeable and in the urban context these have a direct and tangible effect on human life. The urban population, whose share of the world's population will continue to increase in the coming years, needs an adequate level of protection from the extreme heat effects. Urban planning can employ measures to counteract certain climatic effects. To implement these measures in a strategic and targeted manner, a set of analytical tools is needed to help identify appropriate target areas and locations in public space for measures. In this work, Viennese census tracts with the highest heat vulnerability are identified in order to investigate parts of the public space with a lack of shading in them. This two-step analysis strives to bridge the gap from the city-wide picture to the small-scale detail.In the first step, physical and thermal characteristics of the city are combined with demographic characteristics of the population. This creates a picture of urban heat that considers the vulnerability of the population. The so-called Heat Vulnerability Index is calculated using a GIS-analysis for the entire Vienna area at the census tract level. Based on this analysis, in a second step target areas are defined, in which the shading of public space is investigated. Using building models, trees and other features of the public space, a 3D GIS shading analysis is applied. The result is a measurable representation of the sun impact and of shading, which can be used to identify suitable locations for shading measures. In addition, recommendations for the placement of shading measures are developed.

Die Bedeutung der Nutzung regenerativer Energiequellen zur Stromerzeugung spielt in den letzten Jahren, nicht nur in ��sterreichischer sondern vielmehr in weltweiter Energiepolitik, eine zentrale Rolle. W��hrend in Europa der Strombedarf kontinuierlich w��chst, werden die Reserven an fossilen Rohstoffen wie Erd��l und Erdgas f��r die Energieerzeugung immer geringer. Aus diesem Grund sollen bis zum Jahr 2020 20 Prozent der in der EU verbrauchten Energie mit erneuerbaren Energien bereitgestellt werden. ��sterreich hat sich im Dezember 2008 im Energie- und Klimapaket der Europ��ischen Union verpflichtet, den Anteil erneuerbarer Energietr��ger auf 34 Prozent zu erh��hen. Die Windkraft soll dabei eine wesentliche Rolle spielen. Da in ��sterreich Wind kostenlos und unersch��pflich zur Verf��gung steht, muss die Entwicklung von Windkraft stark gef��rdert werden. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist den aktuellen Stand der Windenergienutzung sowie das Windenergiepotenzial in ��sterreich zu beschreiben. W��hrend in den letzten Jahren das Interesse an Energiegewinnung durch Windkraft st��ndig steigt, stellt sich die Frage, ob die Windenergienutzung in der Zukunft eine sichere Alternative darstellt. Die ersten Kapitel der vorliegenden Arbeit bilden einen ��berblick ��ber die physikalischen Grundbedingungen und die technische Entwicklung der Windkraftanlage. Weiterhin versuchte ich aus verschiedenen Publikationen, Literaturrecherchen und Statistiken ein Bild der in ��sterreich verf��gbaren Windkraftanlagen und ihr nutzbares Potential zu beschreiben. Es wurden die bestehende Anlagen und ihre Leistungen sowie die gr����ten Windparks in Burgenland und Nieder��sterreich beschrieben und dargestellt. Weiteres versuchte ich, die Ergebnisse der bisher durchgef��hrten Studien und ihre realisierbaren Potentiale darzustellen. Und zum Schluss bietet diese Arbeit eine ��bersicht ��ber die in ��sterreich zur Verf��gung gestellten regenerativen Energietr��ger wie Wasserkraft, Bioenergie und Photovoltaik sowie ihre maximale Jahresernte The importance of the use of renewable energy sources for electricity generation plays in recent years, not only in Austria but in global energy policy, a central role. While in Europe the demand for electricity continues to grow, the reserves of fossil fuels such as petroleum and natural gas for power generation will be less and less. For this reason, to be provided by renewable energy by 2020, 20 percent of the energy consumed in the EU. Austria has undertaken in December 2008 in the energy and climate package of the European Union to increase the share of renewable energy to 34 percent. The wind power should play a significant role. As in Austria wind is free and inexhaustible available, the development of wind power must be strongly encouraged. The aim of this thesis is to describe the current state of wind energy and the wind energy potential in Austria. While in recent years the interest in power generation by wind power is steadily increasing, the question arises whether the use of wind energy in the future is a safe alternative. The first chapter of this work, form an overview of the basic physical conditions and the technical development of the wind turbine. Furthermore, I tried from different publications, literature research and statistics available in Austria a picture of wind turbines and their usable potential to describe. There are the existing facilities and their services as well as the largest wind farms in Burgenland and Lower Austria described and illustrated. Another I tried to present the results of the studies conducted so far and their realizable potential. And finally, this work provides an overview of the questions in Austria available renewable energy sources such as hydropower, bioenergy and photovoltaics as well as their maximum annual harvest

Die Bewertung der Energieeffizienz von elektrischen Betriebsmitteln dient oft als Entscheidungsgrundlage in Anschaffungsprozessen. Die energetische Effizienz eines Transformators kann damit beschrieben werden, wie groß die Verluste im Betriebspunkt sind. Da im Falle des Ortsnetztransformators die Belastung durch die Verbraucher in der Niederspannungsebene ausschließlich volatiler Art ist, muss daher eine Auswertung der Effizienz anhand der Betrachtung eines längeren Zeitraums erfolgen.Als Grundlage für die Effizienzbewertung von Transformatoren werden Modelle für konventionelle Transformatoren und Solid-State-Transformatoren entwickelt. Die Modelle für konventionelle Transformatoren werden mit realen am Markt befindlichen Transformatorkenngrößen parametrisiert.Für die Ermittlung des Wirkungsgrads des SSTs wird auf vorhandene Simulationsmodelle zurückgegriffen.Um realitätsnahe Auslastungszyklen zur Bewertung der Effizienz zu erhalten, werden unter Verwendung von Standardlastprofilen auf Basis von Statistiken künstliche Jahres-Lastprofile für die Jahre 2022 und 2030 erstellt. Dabei werden die Einflüsse von elektrischen Heizsystemen, der steigenden Nutzung der E-Mobilität und zunehmender Einspeisung durch Photovoltaik-Anlagen ins Niederspannungsnetz berücksichtigt. Zur Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Netzstrukturen auf die Effizienz von Ortsnetztransformatoren werden zusätzlich Lastprofile des ProjektsSimbench für urbane, halburbane und ländliche Netzstrukturen herangezogen.Die Bewertung der Effizienz der verschiedenen Transformatortypen erfolgt durch die Auswertung eines simulierten Jahreszyklus unter Einsatz der fünf Lastprofile. Um eine schnelle Abschätzung der Effizienz ohne aufwendige Berechnungen zu ermöglichen, werden abschließend lastabhängige Wirkungsgradformeln für verschiedene Einsatzzwecke angegeben.Diese Arbeit zeigt, dass der Verwendungszweck des Transformators für eine realistische Effizienzbeurteilung unbedingt berücksichtigt werden muss. Nur dann lässt sich eine akkurate Empfehlung für die Anschaffung des bestmöglich geeigneten Transformatortyps abgeben. The evaluation of the energy efficiency of electrical equipment often serves as a basis for decisionmakingin acquisition processes. The energy efficiency of a transformer can be described in terms of how large the losses are at the operating point. In case of the local network transformer, the electrical load from the consumers in the low-voltage level is exclusively of a volatile type,therefore an evaluation of the efficiency must be based on the observation of a longer period of time.Models for conventional transformers and solid-state transformers are developed as a basis for transformer efficiency evaluation. The models for conventional transformers are parameterized with real transformer characteristics available on the market. To determine the efficiency of theSST already existing simulation models are used.In order to obtain realistic load cycles for the evaluation of efficiency, artificial annual load profiles for the years 2022 and 2030 are created using standard load profiles and statistical analysis. The influences of electric heating systems, the increasing use of e-mobility and risingfeed-in power by photovoltaic systems into the low-voltage grid are taken into account. Load profiles from the Simbench project for urban, semi-urban and rural grid structures are also used to investigate the effects of different grid structures on the efficiency of local grid transformers.The efficiency of the different transformer types is determined by evaluating a simulated annual cycle using the five load profiles. To allow a quick estimation of the efficiency without extensive calculations, load dependent efficiency formulas are given for different applications.This work shows that it is essential to consider the intended use of the transformer for a realistic efficiency assessment. Only then can an accurate recommendation be made for the purchase ofthe most suitable transformer type.

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.