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Kühlen mit Wärme
(2009)
Über zwei Jahrzehnte hat sich an der Hochschule Offenburg im Umfeld von Professor Elmar Bollin eine Forschungsgruppe etabliert, die die Bereiche Gebäudeautomation und nachhaltige Energietechnik zusammenführten. Anfänglich ging es darum die Potenziale der internetbasierten Wetterprognostik und modell-basierten Anlagensteuerung für die Verbesserung des Komforts und der Energieeffizienz im Gebäude zu nutzen. Im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit Einsatz von dynamischen Gebäudesimulationen konnte schließlich ein Algorithmus gefunden werden, der es ermöglichte auf Basis von prognostizierter Außentemperatur und Sonneneinstrahlung den Energiebedarf eines Bürogebäudes für den Folgetag vorherzusagen. In Verbindung mit der Gebäudeautomation entstand so die adaptive und prädiktive TABS-Steuerung AMLR.
Über zwei Jahrzehnte hat sich an der Hochschule Offenburg eine Forschungsgruppe etabliert, die die beiden Bereiche Gebäudeautomation und nachhaltige Energietechnik zusammenführte. Anfangs ging es darum, Potentiale der internetbasierten Wetterprognostik und modell-basierten Anlagensteuerung für die Verbesserung des Komforts und der Energieeffizienz im Gebäude zu nutzen. Im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit Einsatz von dynamischen Gebäudesimulationen konnte ein Algorithmus gefunden werden, der es ermöglichte auf Basis von prognostizierter Außentemperatur und Sonneneinstrahlung den Energiebedarf eines Bürogebäudes für den Folgetag vorherzusagen. In Verbindung mit der Gebäudeautomation entstand so die adaptive und prädiktive TABS-Steuerung AMLR.
Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie der Wärmewende. Durch die Nutzbarmachung von Umweltwärme und den Antrieb mit Elektrizität, die zunehmend aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, kann die CO2-Intensität der Wärmeversorgung gesenkt werden. Eine Herausforderung besteht in der Anwendung in größeren Mehrfamilienbestandsgebäuden. Lösungsansätze und beispielhafte Umsetzungen werden hierzu vorgestellt.
Die fluktuierende Verfügbarkeit regenerativer Energiequellen stellt eine Herausforderung bei der Planung und Auslegung regenerativer Gebäudeenergiesysteme dar. Die in einem System benötigten Speicherkapazitäten hängen dabei sowohl von der eingesetzten Regelungsstrategie als auch von den temperaturabhängigen Wirkungsgraden der Anlagenkomponenten ab. Genauere Einblicke in das Betriebsverhalten eines Gesamtsystems können dynamische Simulationen liefern, die eine Analyse der Systemtemperaturen und von Teilenergiekennwerten ermöglichen.
Im Maschinenbau ist der Trend hin zur Miniaturisierung, zu immer kompakteren und auch mechatronischen Konzepten zu beobachten. Für die mechanische Kraftübertragung bedeutet dies zunehmend höhere Drehmomentdichten bei möglichst höheren Wirkungsgraden. Diese gesteigerten Anforderungen betreffen letztlich auch die hier verbauten Maschinenelemente - zum Beispiel Profilwellen bzw. formschlüssige Profilwellenverbindungen.
In diesem Artikel wird die Entwicklung eines didaktischen Konzepts zur Verbesserung der Präsentationskompetenz und Teamfähigkeit beschrieben. Dabei wird über erste Erfahrungen aus der Umsetzung beispielhaft auf dem Gebiet CAD/CAE berichtet. Das Konzept lässt sich auf beliebige Ausbildungsformen übertragen und kann sowohl in Schulen, Berufsakademien als auch an Hochschulen eingesetzt werden. Die Lernenden erarbeiten in nach der Rundlitzenseilmethode strukturierten Gruppen technische Lösungen zum Entwickeln, Konstruieren und Berechnen einer technischen Aufgabe. Lösungsvorschläge werden in Form von 100-Sekunden-Vorträgen dargestellt. Die Bewertung der Leistungen erfolgt nach ausgewählten Kriterien. Eine Evaluation dieses didaktikschen Konzepts ist Ziel weiterführender Untersuchungen.
Im Fahrzeug stehen große Wärmeströme zur Verfügung, die nicht genutzt werden. Die Energie des Abgases weist gegenüber der des Motor/Kühlsystems eine wesentlich höhere Arbeitsfähigkeit auf. Untersuchungen zielen dahin, diese thermische Energie zum Beispiel mithilfe eines thermoelektrischen Generators wieder in das System einzukoppeln und als Energiequelle für Verbraucher zu nutzen.
Beim Betrieb von Maschinen mit großen Trägheitsmomenten treten bei Asynchronmaschinen mit Käfigläufer als Antriebsmotor teilweise Probleme beim Hochlauf des Aggregats auf. Es werden Maßnahmen zur Verbesserung des Anlaufs erläutert sowie mit Hilfe von Näherungsrechnungen und Simulationen untersucht. Aus den Simulationsergebnissen lassen sich Voraussagen über das Gelingen des Hochlaufs und die Tauglichkeit verschiedener Hilfsmaßnahmen ableiten.
Asynchronmaschinen mit Kaefiglaeufer benoetigen waehrend ihres Hochlaufs das 3- bis 8fache des Bemessungsstroms. Dieser hohe Anlaufstrom geht erst zurueck, wenn der Kippschlupf erreicht ist (bei etwa 90% der Bemessungsdrehzahl). Wenn die Kurzschlussleistung des einspeisenden Netzes zum Zeitpunkt der Motorzuschaltung gering ist, koennen durch Spannungseinbrueche Anlaufprobleme einer Kaefiglaeufermaschine auftreten. Bei der Planung eines solchen Antriebs muessen deshalb genauere Simulationsrechnungen ueber die Zusammenhaenge von Hochlaufzeit, Spannungseinbruch und zulaessigen Grenzwerten durchgefuehrt werden. Ergebnisse derartiger Anlaufsimulationen eines 800-kW- und eines 1,13-MW-Hochspannungsmotors bei Anschaltung an einen 10-MVA- und einen 2-MVA-Generator wurden fuer verschiedene Zuschaltungssituationen in Oszillogrammen festgehalten. Durch genauere mathematische Angaben verdeutlicht werden die Faelle des Motorhochlaufs bei Inselbetrieb mit geringer Kurzschlussleistung sowie die Zuschaltung der Asynchronmotoren auf den Generator vor und nach Anhebung der Netzspannung behandelt. Angaben werden ferner gemacht zur Zuschaltung des 1,13-MW-Motors auf die Parallelschaltung des 10-MVA- und des 2-MVA-Generators. Aus den Simulationsoszillogrammen der Faelle von Hochlauf und Motorzuschaltung sind die zeitabhaengigen Aenderungen von Ankerstrom, Wirkleistungsaufnahme, Blindleistungsaufnahme, Klemmenspannung, Drehzahlabweichung, Antriebsmoment und Lastdrehmoment zu entnehmen.
Durch den Einsatz von Torschleieranlagen zwischen zwei Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen kann der Luftaustausch aufgrund freier Konvektion verhindert werden. Der Einfluß unterschiedlicher Betriebsfälle auf den Energieverbrauch und die thermische Behaglichkeit wurde im Labor untersucht. Die Effizienz von Torschleieranlagen wurde zusätzlich im Praxisbetrieb beim Einsatz an einer Kühlzelle überprüft. Bei diesem Anwendungsfall steht nicht die thermische Behaglichkeit sondern der Energieverbrauch, die Gefahr der Kühlguterwärmung und die der Eisbildung vor dem Kühlzelleneingang im Vordergrund.
Es wird ein zeitoptimiertes Scanning-Verfahren zur Leckortung an Reinraum-Filterdecken auf der Basis der Richtlinie VDI 2083 Bl. 3 vorgestellt. Aufgabe des Verfahrens ist, die Positionen in der Meßebene liegender Flächen mit dem Querschnitt der isokinetischen Sondenöffnung zu bestimmen. Dabei wird eine vorab zu bestimmende Wahrscheinlichkeit zugrundegelegt, bei der die mittlere auftretende Konzentration von Partikeln höher ist, als die nach VDI 2083 Bl.3 zulässige. Die Verhältnisse beim Sondendurchgang über einem Kontaminationsbereich werden unter Beachtung aller Randbedingungen berechnet, wobei der sich für die Leckerkennung ungünstigste Fall, der bei einer homogenen Verteilung der durch das Leck austretenden Partikel auf der nachzuweisenden Fläche liegt, angenommen wird. Der Sondendurchgang wird als Bewegungsablauf definiert, zeitlich bestimmt vom Eintritt der Sondenvorderkante in die Kontaminationsfläche bis zum Verlassen derselben mit der Sondenhinterkante. Als Ergebnis der Berechnungen werden Vorschubgeschwindigkeit der Sonde beim Scanverfahren, Flächenleistung des Scanverfahrens, Sondendurchgangszeit und Leckerkennungskriterium, ausgewiesen. (Otto)
Die Hochschule Offenburg begleitet in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg die solar unterstützte Klimatisierung der Deutschen Telekom in Rottweil. Die Anlage wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens „Solarthermie2000plus“ vom Bundesumweltministerium gefördert. Inzwischen liegen erste Ergebnisse aus einem Langzeitmonitoring vor.
Kühlen im großen Stil
(2010)
Die Hochschule Offenburg begleitet seit Juli 2006 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg und der HfT Stuttgart die solar unterstützte Klimatisierung der Festo AG & Co. KG in Esslingen. Die Anlage wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens „Solarthermie2000plus“ vom Bundesumweltministerium gefördert. Dabei wurde die bereits bestehende Adsorptionskälteanlage, die bisher mit Kompressorabwärme und Gaskesseln betrieben wurde, durch eine Solaranlage als drittem Wärmelieferanten ergänzt.
Risiko und Sicherheit sind Begriffe, die nur im Zusammenhang mit dem Menschen gesehen werden können, wobei bei der Risikoabschätzung die Fragen beantwortet werden müssen, was passieren kann und was passieren darf. Ausgehend von der Vornorm DIN V 19250 wird im Detail auf folgende Punkte eingegangen: Risikoparameter, Schadensausmaß, Häufigkeit, Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich, Gefahrenabwendung, Eintrittswahrscheinlichkeit, Bewertung der Eintrittsmöglichkeiten von Ereignissen, Restrisikoverkleinerung, Vorhersage von Schadensereignissen einschließlich Störfallauslöser. Die Demonstration erfolgt an Beispielen aus der Chemie.
Unter dem europäischen Programm Intelligent Energy for Europe (IEE) fanden sich acht europäische Partner zusammen, um im Rahmen des Projektes ThermCo Lüftungs‐ und Kühlenergiekonzepte für Nichtwohngebäude mit niedrigem Energieeinsatz im Hinblick auf die Energieeffizienz und den thermischen Raumkomfort zu bewerten. Die Analyse erfolgte auf Basis von detaillierten Langzeitmessungen über ein Betriebsjahr in acht Demonstrationsgebäuden in unterschiedlichen klimatischen Zonen Europas und einer standardisierten Datenauswertung. Im Quervergleich aller acht Gebäude werden die Kühlkonzepte gleichermaßen nach dem thermischen Kühlenergiebezug, dem thermischen Raumkomfort und dem Primärenergieeinsatz für die technische Gebäudeausrüstung und die Beleuchtung bewertet. Ein Energiekonzept ist erst dann zufriedenstellend, wenn mit möglichst geringem Energieeinsatz und bei hoher Anlageneffizienz ein guter thermischer Raumkomfort zur Verfügung gestellt werden kann. Mit entsprechenden Gebäudesignaturen werden diese Parameter in einen Zusammenhang gebracht und die Zielstellung überprüft. Detaillierte Komfortuntersuchungen nach der europäischen Komfortnorm DIN EN 15251:2007‐08 geben Hinweise auf die Wirksamkeit der eingesetzten Kühltechnologien in den jeweiligen Klimazonen. Daraus lassen sich Handlungsempfehlungen ableiten.
Buildings that are cooled and, if applicable, heated by thermo-active building systems (TABS) in combination with environmental energy have been established in the market during the last years. Many successful and efficient examples prove, that these systems can achieve a good thermal room comfort with a high energy efficiency of the plant system using environmental energy (mainly surface-near geothermal energy). However, operating experience and a systematic evaluation of several building projects demonstrate that there is potential improvement in the design, implementation, and operation of TABS systems. The article presents operating experience and a detailed evaluation of the operation performance of several non-residential buildings with thermo-active building systems with respect to thermal comfort and energy efficiency.
Die dynamische Steifigkeit von Werkzeugmaschinenbetten kann durch Daempfung gesteigert werden. Die spezifische Daempfung ( Werkstoffdaempfung = innere Daempfung) wird anhand der Hysteresisschleife definiert. Der spezifische Daempfungswert von C 45 ist nur 0,20 des Wertes von GGL 20. Aeussere Daempfung kann durch Reibstellen erzielt werden; z.B. Fuellen der Hohlraeume eines Bettes mit Kernsand; Reibstellen zwischen den verschweissten Rippen mit Vorder- und Rueckwand. Es wird eine Methode beschrieben, nach der das Schwingungsverhalten ueberprueft werden kann. Das Ergebnis dieser Messung wird in Diagrammform fuer eine ausgefuehrte Maschine dargestellt. Schwingungsuntersuchungen sind auch an einem Modell aus Schaumstoffgummi durchfuehrbar. (Poesl, 10.12.72)
Eine einfache Bestimmung von Mineraloel-KWstoffen - Ersatz des FCKW-haltigen Extraktionsmittels
(1996)
Die Messung von KWstoffen in Abwaessern nach DIN ist eine in der Umweltanalytik haeufig geforderte Bestimmung. Die Abwasserprobe wird dabei mit 1,1,2-Trichlortrifluorethan extrahiert. Anschliessend wird der Extrakt mittels IR-Spektroskopie vermessen. Neben einigen Schwaechen ist bei dieser Bestimmungsmethode besonders die Verwendung des ozonschaedigenden FCKW-Loesemittels heute nicht mehr zeitgemaess. - Die Verf. beschreiben ein schnelles robustes Bestimmungsverfahren, das alle Schwaechen der alten Methode vermeidet.
Turbulenzarme Verdrängungsströmungen (TAV), häufig auch als Laminarflow (LF) bezeichnet, werden in hochreinen Reinraumbereichen eingesetzt, um die Versorgung des kritischen Bereiches (offenes Produkt) mit schwebstoffgefilterter bzw. partikelfreier Luft zu gewährleisten. Die TAV kann durch Störgrößen, wie Thermikströme, Personeneingriffe, Strömungshindernisse, Materialtransport usw. gestört werden, womit eine unerwünschte Kontamination des kritischen Bereiches einhergehen kann.
Kleine Anlagen zur dezentralen Strom- und Waermeerzeugung (Block(heiz)kraftwerke) gewinnen auf Grund ihrer vielfaeltigen Einsatzmoeglichkeiten zunehmend an Bedeutung. Die CO2-Bilanz mit Deponiegas bzw. Erdgas betriebenen Blockkraft- und Block(heiz)kraftwerken wird gegenuebergestellt. Es zeigt sich, dass durch den Einsatz von Deponie-Blockkraftwerken bzw. von Blockheizkraftwerken CO2-Einsparungen von ueber 100 kg CO2/MWh im Vergleich zur getrennten Waerme- und Stromerzeugung erzielt werden koennen.
Zur Messung geringer Massenkonzentrationen und der Partikelgrößenverteilung unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen, wie sie z.B. bei Überwachung des Gasstromes in Druckwirbelschichtfeuerungen oder in Druckkohlestaubfeuerungen vorkommen, wird ein kompensiertes Streulichtfotometer vorgeschlagen. Streulicht- und Transmissionswerte des Partikelkollektivs werden erfasst und miteinander verknüpft. Als Vorteil dieses Mess- und Auswerteprinzips ergibt sich im Gegensatz zu konventionellen Fotometern eine weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber Fenster-Verschmutzung und Alterung von Komponenten. Das neue Konzept ist bis etwa 900 ºC einsatzfähig.
Elektrische Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie für klimafreundliche Gebäude. In Mehrfamilienhäusern ist ihr Einsatz noch eine Herausforderung und entsprechend wenig verbreitet. Im Rahmen des Verbundprojekts "HEAVEN" haben Forschende nun ein Mehrquellen-Wärmepumpensystem entwickelt, das an die Anforderungen größerer Wohngebäude angepasst ist. Getestet wurde es im Rahmen des Verbundprojekts "Smartes Quartier Durlach" in einem Karlsruher Gebäude. Daten zum ersten Betriebsjahr liegen nun vor.
Diese Metadaten wurden zur Verfügung gestellt von der Literaturdatenbank RSWB®plus
Für die Werkstoffe EN GJS700, EN GJV450 und EN GJL250 werden die Lebensdauern unter kombinierter thermomechanischer und hochfrequenter Belastung vorhergesagt. Hierzu wird ein mechanismenbasiertes Lebensdauermodell verwendet, das auf dem Wachstum von Mikrorissen beruht. Das Modell berücksichtigt das Wachstum von Rissen durch nieder- und überlagerte hochfrequente Belastungszyklen. Anhand von einachsigen Ermüdungsversuchen wurden die Parameter des Lebensdauermodells angepasst, sodass eine bestmögliche Lebensdauervorhersage erzielt wird. Dabei stimmen die vorhergesagten Lebensdauern gut mit den experimentell ermittelten Zyklenzahlen zum Versagen überein.
Die Folgen ungenügender Entlüftung wurden durch Umfragen bei Konstrukteuren und Werkzeugmachern aus sechs Betrieben ermittelt und sind für Formteil, Werkzeug, Spritzgießprozeß ebenso tabellarisch wie die Gestaltungsmöglichkeiten von Entlüftungen (in der Trennebene und Kavität) dargestellt. Im Rahmen einer Diplomarbeit wurden mit Hilfe eines speziellen Versuchswerkzeuges die Auswirkungen der Entlüftung auf den Spritzgießablauf, das Formteil und das Verhalten bei teilevakuierter Kavität (der Einfluß des Evakuierungsgrades auf die gemittelte Füllhöhe wird anhand einer Kurve erläutert) untersucht. Die Konstanz der Werkzeuginnendrücke, die Berechenbarkeit der Druckabfälle (Tabelle mit Druckabfällen in Abhängigkeit der Entlüftungsspaltgeometrie), die Entlüftungselemente (bewegliche haben den Vorzug der Selbstreinigung) und das Einspritzen unter teilevakuierter Kavität werden beschrieben. Der Einfluß der Werkzeugentlüftung umfaßt die Spalttiefe des Entlüftungskanals, die Größe des Expansionsraumes und den Anschluß an die Dichtkante des Expansionsraumes.
Die Bestimmung von Emissionen aus Abgaskaminen mit grossen Querschnitten ist ein Problem, da dort Inhomogenitaeten sowohl der Konzentration als auch der linearen Abgasgeschwindigkeit vorliegen. Die VDI 2066, Bl. 1, schreibt vor, welche Punkte zu waehlen sind, und wenn man dann noch isokinetisch die Abgasproben entnimmt, sollte man zum richtigen Ergebnis kommen. Anm. d.Ref.: Die Hessische Landesanstalt fuer Umwelt ist da schon frueher auf recht komplizierte Loesungen gekommen. Und diese Linie wird in der vorliegenden Arbeit konsequent eingehalten. - Es mag sein, dass der angekuendigte Ergebnisbericht mehr Licht in die Angelegenheit bringt. Aus den hier gemachten Angaben kann man eigentlich nur entnehmen, dass bisher alles falsch gemacht worden ist. (H. -D. Papendick).
Die von der Bundesregierung beschlossene Energiewende stellt Politik und Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor große Herausforderungen. Entscheidend für den Erfolg der Energiewende wird es sein, die Wettbewerbsfähigkeit des Industriestandortes Deutschland zu erhalten. Dafür muss weiterhin eine hohe Stromversorgungsqualität bei zugleich international wettbewerbsfähigen Strompreisen sichergestellt sein. Der BDI stellt fünf Prinzipien auf dem Weg zu einem neuen Strommarktdesign auf und zeigt, dass eine informations- und kommunikationstechnische Vernetzung relevanter Komponenten des Energiesystems für das künftige System essenziell ist.
Einblick in die deutsche TGA-Landschaft. Energietechniker der Hochschule Offenbach auf Exkursion
(2011)
Alle Materie strebt nach maximaler Unordnung. Diese Erkenntnis wird durch die thermodynamische Funktion der Entropie beschrieben. Auch bei jeglicher Art menschlichen Handelns wird die Entropie immer erhöht. Wird in der Technik Materie in geordnete Formen gebracht (z. B. beim Herstellen von Pfandflaschen), findet in diesem Produkt eine Entropieerniedrigung statt. Gleichzeitig wird aber an anderer Stelle die Unordnung beträchtlich vergrößert. Diese Entropieerhöhung nennen wir Abfall. Jede Entropieerhöhung ist mit dem Verbrauch wertvoller Ressourcen verbunden. Durch eine optimale Recyclingtechnik kann einer Entropieerhöhung von Materie entgegengearbeitet werden. Aber nur Recyclingraten von über 90 % erlauben eine wirksame Streckung der Ressourcen.
Vorgestellt wird die Dioden-Array-Dünnschichtchromatographie als eine moderne und preiswerte Messmethode zur densitometrischen Erfassung von Substanzen auf einer DC- oder einer HPTLC-Platte. Sicher identifizierbar sind auch Substanzen mit schwachem Chromophor. Die Kubelka-Munk-Gleichung beschreibt einen linearen Zusammenhang zwischen Remissionslicht und lichtabsorbierender Stoffmenge auf der Platte. Die Auswertung im Spektralbereich von 316 bis 334 nm zeigt den Zusammenhang zwischen transformiertem Messsignal und aufgetragener Substanzmasse. Die schnelle Aufnahme von UV/vis-Spektren eröffnet der HPTLC den gesamten Bereich der Methodenvalidierung auf dem Niveau, auf welchem heute die HPLC-Analytik durchgeführt wird.