Simulation zur Beschleunigung der Produktentwicklung

The accomplished case studies focus on the influence of land-use on the distributions of latent heat-fluxes and cloud-water. The numerical case studies were performed with the threedimensional non-hydrostatic Mesoscale-Model GESIMA for different land-use distributions applying always the same initial conditions of a cloudy day in spring with a geostrophic wind of 8 m/s from the west. The cloud-water distributions at different times and at different levels, their temporal development, the daily sums of the domain-averaged latent heat-fluxes and cloud-water mixing ratios were investigated. Even simple initial conditions (no orography, stable atmosphere) and simple pattern in the land-use distributions emphasize that the influence of surface heterogeneity on meteorological processes cannot be neglected. As shown in this case study, land-use distribution influences the distribution and the amount of cloud-water as weil as the latent heat-flux. On the whole, all these processes are very complex and non-linear. / Die durchgeführten Sensitivitätsstudien konzentrieren sich auf den Einfluß der Landnutzungsverteilung auf die Flüsse latenter Wärme und das Wolkenwasser. Die numerischen Untersuchungen wurden mit dem dreidimensionalen nicht-hydrostatischen Mesoskalen-Modell GESIMA für verschiedene Landnutzungsmuster unter immer den gleichen meteorologischen Anfangsbedingungen für einen bewölkten Frühlingstag mit einem geostrophischen Wind von 8 m/s durchgeführt. Die Wolkenwasserverteilung zu bestimmten Zeiten und in bestimmten Niveaus, die zeitliche Entwicklung der Wolkenwasserverteilung, die Tagessummen der Gebietsmittelwerte der Flüsse latenter Wärme und des Wolkenwassers werden untersucht. Auch einfache Randbedingungen (keine Orographie, stabile, atmosphärische Bedingungen) und einfache Landnutzungsverteilungsmuster machen deutlich, daß der Einfluß der Heterogenität der Unterlage auf meteorologische Prozesse nicht zu vernachlässigen ist. Sie kann entscheidend die Verteilungen der Flüsse latenter Wärme und des Wolkenwassers beeinflussen. Die damit verbundenen Prozesse sind äußerst komplex und nicht linear.

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Low ventilated cold winds have previously shown to fare better when it comes tomoisture balance. Recent fire requirements has led to that several major constructionfirms have abandoned the use of ventilation at the eaves, this has led to attics withvery limited ventilation. Although these winds should cope well with humidity overtheir lifespan, it have emerged moisture damages to new buildings with this kind ofwind. The reason for this is believed to be large quantities of construction moisturethat low ventilated winds can’t get rid of.This thesis was commissioned by AK-Konsult Indoor Air AB and has audited the coldwind structures from a building built in Örebro with proven moisture problems in theprograms WUFI and WUFI-Bio.The study shows that the winds in their current situation are risk structures whichare in great need of initial help from dehumidifiers to get rid of trapped constructionmoisture.There is uncertainty over how long you should dehumidify the structures, thereforemore extensive measurements should be done.The recommendation to is to dehumidify the structures until they certainly have gotrid of a large portion of the initial construction moisture. A more long lasting solutionis to evaluate the construction type to evade the issue.

In dieser Arbeit wird eine entwickelte Mikro-Wärme-Kraft-Kopplungsanlage für die Nutzung fester Biomasse beschrieben und vermessen, welche hochflexibel in einem sehr kleinen Leistungsbereich von unter 1 kWel arbeitet. Die Anlage verfügt über einen Gegenstromfestbettvergaser, einen Verbrennungsmotor und einen Gleichstromgenerator. Als Brennstoff wird Holzkohle und als Vergasungsmittel Luft genutzt, der Betrieb erfolgt autotherm. Es werden die Machbarkeit, die systemrelevanten Parameter und das dynamische Verhalten der Anlage dargestellt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden die technischen und rechtlichen Anforderungen bezüglich einer Integration in ein häusliches Umfeld betrachtet. Weiterhin wird eine ökonomische Betrachtung durchgeführt, um den anzustrebenden Pfad zur Weiterentwicklung zu identifzieren. Abschlieÿend wird mit Hilfe der gemessenen Daten gezeigt, wie eine Referenzanlage modelliert und notwendige Gleichungen zur Anlagensimulation gebildet werden, um einen dynamischen Betrieb hochaufgelöst darzustellen. / In this thesis a micro-cogeneration unit for the use of solid biomass is shown, which operates flexible in a very small power range of less than 1 kWel. The plant has a countercurrent fixed bed gasifier, an internal combustion engine and a DC generator. Charcoal is used as fuel and air as a gasification agent, the operation is autothermal. The feasibility, the system-relevant parameters and the dynamic behavior of the system are shown. Based on these results, the technical and legal requirements for integration into a home environment are considered. Furthermore, an economic analysis is carried out to identify the desired path to further development. Finally, with the help of the measured data it is shown how a reference plant is modeled and necessary equations for the plant simulation are formed in order to represent a dynamic operation in high resolution.

Inhalt: Energieforschungsprogramm des Bundes: Förderkonzept solar optimiertes Bauen Planungsfehler beim Feuchte- und Wärmeschutz von Fußbodenkonstruktionen Heat insulation and indoor climate control in arid areas (Toshky Region) Hygrisch motivierter Wärmeschutz Anlagentechnische Möglichkeiten für die EnEV – Was tun ? Mangelhafter Schallschutz von Gebäuden – Beispiele aus der Praxis Biomassenutzung zur Kraft- und Wärmebereitstellung - ein Blick nach Österreich Challenges and opportunities for solar energy use and energy efficiency measures for buildings and settlements in Dalmatia Wärmecontracting - Eine Dienstleistung zur Kostenminimierung ?

Die Professur Technische Thermodynamik der TU Chemnitz und die inetz (Netzbetreiber) haben unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten ein hocheffizientes solares Fernwärmesystem (2100 m² Kollektorfläche, 1000 m³ Speicher, max. Netzlast 6-14 MW) für den Stadtteil Brühl in Chemnitz entwickelt. Dieses zeichnet sich durch viele innovative Merkmale (Systemkonzept und -betrieb, Speicher, Hausanschlussstation) aus und berücksichtigt komplexe städtische bzw. gesellschaftliche Zusammenhänge (Akzeptanz, Städtebau, Denkmalschutz, Gebäudeeigentümer, bestehende Versorgungssysteme). In diesem Projekt wurde eine breit angelegte Begleitforschung zur Funktion des Systems durchgeführt. Das Projekt umfasste u. a. die Datenbeschaffung und -auswertung bzgl. des Systems und des Quartiers, die Datenübernahme von der inetz, die Datenverarbeitung und -auswertung sowie die Optimierung des Systems. Es erfolgten spezielle Untersuchungen zur Funktion der Kollektorfelder, des Zwei-Zonen-Speichers, des Nachheizsystems und einer Hausanschlussstation. Aufgrund des Einsatzes von Wasser im gesamten System wurden die Untersuchungen in den Kollektorfeldern mit einem speziellen bzw. mobilen Monitoring realisiert. Numerische Simulationen lieferten das theoretische Verhalten für einen Soll-Ist-Ver gleich. Umgekehrt konnten die Simulationen anhand der Messwerte validiert werden. Die Mess- und Simulationsergebnisse flossen danach in Metamodelle ein. Diese Metamodelle wurden im SolFW-Tool genutzt, um eine einfache und schnelle Berechnung von solaren Fernwärmesystemen in Quartieren zur Verfügung zu stellen. Das SolFW-Tool ist als webbasiertes Simulationsprogramm verfügbar.

Die energetische Nutzung von Biomasse ist ein wichtiger Beitrag zur Reduktion der CO2- Emissionen. Wärmeerzeugung und gekoppelte Wärme- und Stromerzeugung sind dafür die effektivsten Technologien. Dabei spielt die Erzeugung und Nutzung von Brenngasen aus Biomasse eine große Rolle. Die inzwischen weit verbreitete biologische Gaserzeugung produziert sogenanntes Biogas. Die Forschung konzentriert sich hierbei derzeit unter anderem auf Grundlagen für die Optimierung der Betriebsführung. Aber auch mit thermochemischen Verfahren („Vergasung“) wird Brenngas erzeugt. Einer der Forschungsschwerpunkte dabei ist die angemessene Reinigung des Gases von Teeren und Stäuben. Die Brenngase können dann in herkömmlichen, wenn auch angepassten Verbrennungsmotoren im Zusammenhang mit Generatoren zur Stromerzeugung genutzt werden oder nach einem weiteren Umwandlungsschritt als Erdgasersatz Verwendung finden. / The utilisation of biomass as an energy supply is an important contribution to the reduction of greenhouse emissions. Heat supplies and combined heat and power generation are the most effective technologies from an energetic point of view. In most cases, conversion of solid biomass to a gaseous fuel is an important technological step. Gas generation by biological processes (“biogas”) has been increasing rapidly in recent times. Research in this field is concentrated on improving and automating process operation. Gaseous fuel from biomass can also be generated by thermochemical processes (“gasification”). Research is here focussed on the cleaning of tars and dusts from the gas, for example. The gaseous fuels can then be used in adapted internal combustion engines in combination with electricity generators.

Zur in situ Messung von Richtung und Geschwindigkeit des Grundwasserstromes in nur einer Bohrung wurde ein Mikroflowmeter auf der Basis der kontinuierlich thermischen Anregung entwickelt. Das Messprinzip beruht auf der Deformation des Temperaturfeldes, das sich in Abhängigkeit vom antreibenden Gradienten des Grundwasserstromes mehr oder weniger stark unsymmetrisch als Wärmefahne im Messbereich der Sonde abbildet. Von Interesse sind dabei horizontale Fluidbewegungen mit sehr geringen Fließgeschwindigkeiten. Zur Realisierung der Aufgabenstellung werden sowohl eine Modellierung des Wärmetransports als auch Versuche zur Simulation von Strömungsvorgängen und Testmessungen im Gelände durchgeführt. Als Ergebnis der Abhandlung verschiedener numerischer Randwertprobleme erweist sich die Temperaturabhängigkeit der Fluiddichte als eine nicht zu vernachlässigende Einflussgröße, die in Form einer nach oben gerichteten Auftriebsströmung den Wärmetransport maßgebend bestimmt. Infolge der Überlagerung von freier und erzwungener Konvektion wird eine Mitführung von Wärme mit der Grundwasserbewegung gehemmt und die Ausbildung einer in Strömungsrichtung weisenden Wärmefahne drastisch eingeschränkt. Laborversuche bestätigen die am numerischen Modell gewonnenen Ergebnisse.

Interessante Optionen in der dezentralen Energieversorgung ergeben sich mit dem Einsatz von erdgasbetriebenen Gas-Otto-Motor-, Mikrogasturbinen-, Stirlingmotor- und PEMFC-Modulen. In dem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Nutzungsmöglichkeiten dieser KWK-Systeme auch durch die elektrischen und thermischen Bedarfswerte und -strukturen der zu versorgenden Objekte bestimmt werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist, neben einer experimentellen und theoretischen Untersuchung ausgewählter KWK-Module, die vergleichende Bewertung von KWK-Anwendungen in der Hausenergieversorgung. Am Beispiel der Energieversorgung von Modell-Siedlungen nach VDI 2067-7 wird der stationäre Betrieb der untersuchten KWK-Module im bi- und polyvalenten Einsatz nachgebildet und bilanziert. Zur Bewertung der KWK-Konzepte erfolgt ein Vergleich zu einer konventionellen Energieversorgungsstrategie mit getrennter Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie. Als Indikatoren zur Beurteilung der dezentralen Energieversorgungsvarianten dienen definierte energetische, ökologische und ökonomische Faktoren. Im Rahmen von Simulationsanalysen wird die Bedeutung der Integrations- und Einsatzweise der KWK-Module untersucht. Ein Variantenvergleich der Energieversorgungsstrategien verdeutlicht, welche Einsatzmöglichkeiten der KWK-Module für die untersuchte Struktur der Hausenergieversorgung beim gegenwärtigen Stand der Technik zweckmäßig sind.