Die Arbeit dient der numerischen Simulation der Spurbildung in Asphaltstraßen und der Herstellung widerstandsfähiger Asphaltmischungen. Zur Modellbildung musste die physikalisch-mechanische Ursache der bleibenden Verformungen bei hohen Temperaturen geklärt werden. Im Gegensatz zu bisher existierenden Stoffmodellen ist in dieser Arbeit das Verhalten teilgesättigter granulerer Stoffe unter zyklischer Belastung als die Grundlage der Untersuchung gewählt worden. Diese zeigen bei entsprechend hoher Sättigung der Hohlräume des mineralischen Korngerüsts unter zyklischer Scherbeanspruchung und bei gleichzeitigem Druck das Phänomen der „zyklischen Mobilität”. Die Erklärung dafür ist die Verdichtungsneigung des Korngerüstes und die Inkompressibilität des Porenfluids, wodurch Porenüberdrücke entstehen. Zyklische Mobilität bedeutet den Abfall der Steifigkeit. Durch die Zunahme der Dehnungsamplituden infolge zyklischer Scherbelastung und der Irreversibilität des granularen Materials verursacht dieses Verhalten die erhöhte Spurbildungsneigung. Die richtige Modellwahl konnte durch systematische experimentelle Ergebnisse belegt werden. Die monotonen triaxialen Kompressionsversuche beweisen die Barotropie und Pyknotropie der Steifigkeit, der Festigkeit und der Dilatanz des mineralischen Korngerüstes. Durch Kompression unter zyklischem Scheren wird die Existenz eines optimalen Bitumengehalts bewiesen, bei welchem die höchste Dichte des Kornegerüstes erreicht werden kann. Bei Mischungen über dem optimalen Bindemittelgehalt wird der Porenfluidüberdruck durch Druckmessungen im Mörtel nachgewiesen. Für den Strassenbauasphalt ist erstmalig zur numerischen Simulation das aus Karlsruhe stammende, mit der „intergranularen Dehnung” erweiterte hypoplastische Stoffgesetz herangezogen worden. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Bestimmung der hypoplastischen Stoffparameter und die Überprüfung des gewählten Stoffgesetzes durch Nachrechnung von zyklischen Einfachscherversuchen und Triaxialversuchen. In einer selbstentwickelten Torsionszelle wird durch unmittelbare Messung gezeigt, dass der Bitumengehalt über dem Optimum die Schubsteifigkeit verringert. Die Triaxialversuche beweisen die Möglichkeit des Eintretens der zyklischen Mobilität und dadurch die extreme Neigung zur Spurbildung. Diese Messungen beweisen die praktische Bedeutung des optimalen Bitumengehaltes. Das positive Ergebnis der Überprüfung des genanntes Stoffgesetzes liefert die theoretische Unterstützung der experimentellen Ergebnisse. Diese können als Grundlage einer neuen Perspektive in der rechnerischen Prognose sowie beim Entwurf und bei der Herstellung von Asphaltmischungen dienen.

The theme of this diploma thesis are the issue of energy evaluation of buildings and the reduction of energy consumption in the Czech legal system in the theoretical part, an analysis of energy consumption of the judged building in an old and new state in the calculation part and an energy audit of the main building of SRC Lihovar in Třemošnice according to Decree no. 480/2012 Coll. The three-storey main building of sports and rehabilitation center is located on the southern edge of city Třemošnice and it used to be a distillery until it has been renovated in 2013. There is a restaurant with a bowling room, hotel with two conference lounges, wellness, fitness and a swimming pool. The heat source for this building are two gas boilers, three heat pumps and solar collector array. There is partly forced and partly natural ventilation installed in the building.

Die Arbeit dient der numerischen Simulation der Spurbildung in Asphaltstraßen und der Herstellung widerstandsfähiger Asphaltmischungen. Zur Modellbildung musste die physikalisch-mechanische Ursache der bleibenden Verformungen bei hohen Temperaturen geklärt werden. Im Gegensatz zu bisher existierenden Stoffmodellen ist in dieser Arbeit das Verhalten teilgesättigter granulerer Stoffe unter zyklischer Belastung als die Grundlage der Untersuchung gewählt worden. Diese zeigen bei entsprechend hoher Sättigung der Hohlräume des mineralischen Korngerüsts unter zyklischer Scherbeanspruchung und bei gleichzeitigem Druck das Phänomen der „zyklischen Mobilität”. Die Erklärung dafür ist die Verdichtungsneigung des Korngerüstes und die Inkompressibilität des Porenfluids, wodurch Porenüberdrücke entstehen. Zyklische Mobilität bedeutet den Abfall der Steifigkeit. Durch die Zunahme der Dehnungsamplituden infolge zyklischer Scherbelastung und der Irreversibilität des granularen Materials verursacht dieses Verhalten die erhöhte Spurbildungsneigung. Die richtige Modellwahl konnte durch systematische experimentelle Ergebnisse belegt werden. Die monotonen triaxialen Kompressionsversuche beweisen die Barotropie und Pyknotropie der Steifigkeit, der Festigkeit und der Dilatanz des mineralischen Korngerüstes. Durch Kompression unter zyklischem Scheren wird die Existenz eines optimalen Bitumengehalts bewiesen, bei welchem die höchste Dichte des Kornegerüstes erreicht werden kann. Bei Mischungen über dem optimalen Bindemittelgehalt wird der Porenfluidüberdruck durch Druckmessungen im Mörtel nachgewiesen. Für den Strassenbauasphalt ist erstmalig zur numerischen Simulation das aus Karlsruhe stammende, mit der „intergranularen Dehnung” erweiterte hypoplastische Stoffgesetz herangezogen worden. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Bestimmung der hypoplastischen Stoffparameter und die Überprüfung des gewählten Stoffgesetzes durch Nachrechnung von zyklischen Einfachscherversuchen und Triaxialversuchen. In einer selbstentwickelten Torsionszelle wird durch unmittelbare Messung gezeigt, dass der Bitumengehalt über dem Optimum die Schubsteifigkeit verringert. Die Triaxialversuche beweisen die Möglichkeit des Eintretens der zyklischen Mobilität und dadurch die extreme Neigung zur Spurbildung. Diese Messungen beweisen die praktische Bedeutung des optimalen Bitumengehaltes. Das positive Ergebnis der Überprüfung des genanntes Stoffgesetzes liefert die theoretische Unterstützung der experimentellen Ergebnisse. Diese können als Grundlage einer neuen Perspektive in der rechnerischen Prognose sowie beim Entwurf und bei der Herstellung von Asphaltmischungen dienen.

[pt] O consumo de combustível em empresas do setor de transporte ferroviário representa um dos maiores gastos operacionais e uma das maiores preocupações em termos de emissões de poluentes. O alto consumo em combustíveis acarreta também em uma alta representatividade na matriz de escopo de emissões (mais de 90 por cento das emissões de ferrovias são provenientes do consumo de combustível fóssil). Com o viés de se buscar uma constante melhora operacional, estudos vêm sendo realizados com a finalidade de se propor novas ferramentas na redução do consumo de combustível na operação de um trem de carga. Nesse ramo, destaca-se o aperfeiçoamento dos parâmetros de condução de um trem que são passíveis de calibração com o objetivo de reduzir o consumo de combustível. Para chegar a esse fim, o presente trabalho implementa dois modelos de aprendizado de máquina (machine learning) para prever a eficiência energética de um trem de carga, são eles: floresta randômica e redes neurais artificiais. A floresta randômica obteve o melhor desempenho entre os modelos, apresentando uma acurácia de 91 por cento. Visando calcular quanto cada parâmetro influencia no modelo de previsão, este trabalho também utiliza técnica de efeitos acumulados locais em cada parâmetro em relação à eficiência energética. Os resultados finais mostraram que, dentro dos quatro parâmetros de calibração analisados, o indicador de tração por tonelada transportada apresentou maior representatividade em termos de impacto absoluto na eficiência energética de um trem de carga. / [en] Fuel consumption in companies in the rail transport sector represents one of the largest operating expenses and one of the biggest concerns in terms of pollutant emissions. The high fuel consumption also entails a high representation in the emissions scope matrix (more than 90 percent of railroad emissions come from fossil fuel consumption). Aiming to seek constant operational improvement, numerous studies have been carried out proposing new tools to reduce fuel consumption in the operation of a freight train. In this way, it is important to highlight the improvement of train driving parameters that can be calibrated to reduce fuel consumption. To accomplish this goal, the present work implements two machine learning models to predict the energy efficiency of a freight train: random forest and artificial neural networks. The random forest achieves the best performance against the models, with an accuracy of 91 percent. To calculate how much each parameter influences the prediction model, this work also uses the technique of accumulated local effects for each parameter related to energy efficiency. The final results show that, within the four analyzed calibration parameters, the traction per transported ton indicator presented greater representation in terms of absolute impact on the energy efficiency of a freight train.

A comercialização de produtos florestais não madeireiros (PFNMs) popularizou-se como atividade promotora do desenvolvimento socioeconômico de comunidades florestais com baixo impacto ambiental. Há evidências, contudo, de que a exploração possa produzir efeitos ecológicos e socioeconômicos negativos, sugerindo que é necessário monitorar tais iniciativas. A comercialização frequentemente ocorre em áreas remotas e em contextos de pobreza, como é o caso de muitas daquelas da Amazônia brasileira. Desta forma, é necessário que o monitoramento restrinja-se a avaliar os efeitos evidenciados como mais comuns em estudos anteriores. Este estudo revisa e sintetiza as evidências científicas dos efeitos da exploração de PFNMs sobre parâmetros ecológicos e socioeconômicos e, a partir daí, indica aqueles mais relevantes ao monitoramento. O estudo também levanta até que ponto o monitoramento é implementado no contexto da Amazônia brasileira e avalia quais os parâmetros importantes e viáveis de monitoramento neste caso específico. Para isso, foram realizadas revisões sistemáticas da literatura e a consulta a profissionais da área através do método Delphi. Os resultados indicam que efeitos ecológicos negativos são frequentes, principalmente quando se coletam folhas ou cascas. Alterações em órgãos ou processos fisiológicos e a taxa de sobrevivência dos espécimes explorados são parâmetros que devem ser monitorados, em particular quando se coletam frutos e partes vegetativas. Para todos os tipos de PFNMs, o tamanho e a estrutura populacional são parâmetros prioritários ao monitoramento. A riqueza de espécies da comunidade explorada merece atenção, principalmente quando se coletam frutos. Para os aspectos socioeconômicos, efeitos positivos foram mais frequentes que negativos. A contribuição da renda monetária obtida com o comércio na renda total, a regularidade de ingresso desta renda e o papel dos PFNMs como recursos de salvaguarda são parâmetros do capital financeiro prioritários ao monitoramento. Para o capital social, o empoderamento feminino, a coesão de grupo e o acesso aos benefícios gerados pela comercialização devem ser monitorados. Na Amazônia brasileira são poucas as iniciativas de implementação do monitoramento da comercialização de PFNMs. Embora este seja considerado importante, existem dificuldades que derivam principalmente da falta de apoio institucional, políticas de incentivo e de recursos financeiros. Os profissionais participantes do Delphi consideram que os parâmetros ecológicos mais importantes a monitorar neste contexto são o tamanho e a estrutura populacional do recurso explorado, o aumento da taxa de mortalidade, a quantidade total de recurso extraída e a técnica de coleta utilizada. Para os parâmetros econômicos, aspectos do mercado, como o preço pago ao coletor, a demanda e a qualidade do produto, bem como a renda monetária obtida pelos indivíduos são os parâmetros considerados mais importantes. Por fim, para os aspectos sociais, os efeitos na cultura, na qualidade de vida e na organização interna da comunidade foram priorizados. Os profissionais indicam que é viável estabelecer o monitoramento dos parâmetros levantados. / Amazon, non-timber forest products, ecological effects, socioeconomic effects, monitoring.

A comercialização de produtos florestais não madeireiros (PFNMs) popularizou-se como atividade promotora do desenvolvimento socioeconômico de comunidades florestais com baixo impacto ambiental. Há evidências, contudo, de que a exploração possa produzir efeitos ecológicos e socioeconômicos negativos, sugerindo que é necessário monitorar tais iniciativas. A comercialização frequentemente ocorre em áreas remotas e em contextos de pobreza, como é o caso de muitas daquelas da Amazônia brasileira. Desta forma, é necessário que o monitoramento restrinja-se a avaliar os efeitos evidenciados como mais comuns em estudos anteriores. Este estudo revisa e sintetiza as evidências científicas dos efeitos da exploração de PFNMs sobre parâmetros ecológicos e socioeconômicos e, a partir daí, indica aqueles mais relevantes ao monitoramento. O estudo também levanta até que ponto o monitoramento é implementado no contexto da Amazônia brasileira e avalia quais os parâmetros importantes e viáveis de monitoramento neste caso específico. Para isso, foram realizadas revisões sistemáticas da literatura e a consulta a profissionais da área através do método Delphi. Os resultados indicam que efeitos ecológicos negativos são frequentes, principalmente quando se coletam folhas ou cascas. Alterações em órgãos ou processos fisiológicos e a taxa de sobrevivência dos espécimes explorados são parâmetros que devem ser monitorados, em particular quando se coletam frutos e partes vegetativas. Para todos os tipos de PFNMs, o tamanho e a estrutura populacional são parâmetros prioritários ao monitoramento. A riqueza de espécies da comunidade explorada merece atenção, principalmente quando se coletam frutos. Para os aspectos socioeconômicos, efeitos positivos foram mais frequentes que negativos. A contribuição da renda monetária obtida com o comércio na renda total, a regularidade de ingresso desta renda e o papel dos PFNMs como recursos de salvaguarda são parâmetros do capital financeiro prioritários ao monitoramento. Para o capital social, o empoderamento feminino, a coesão de grupo e o acesso aos benefícios gerados pela comercialização devem ser monitorados. Na Amazônia brasileira são poucas as iniciativas de implementação do monitoramento da comercialização de PFNMs. Embora este seja considerado importante, existem dificuldades que derivam principalmente da falta de apoio institucional, políticas de incentivo e de recursos financeiros. Os profissionais participantes do Delphi consideram que os parâmetros ecológicos mais importantes a monitorar neste contexto são o tamanho e a estrutura populacional do recurso explorado, o aumento da taxa de mortalidade, a quantidade total de recurso extraída e a técnica de coleta utilizada. Para os parâmetros econômicos, aspectos do mercado, como o preço pago ao coletor, a demanda e a qualidade do produto, bem como a renda monetária obtida pelos indivíduos são os parâmetros considerados mais importantes. Por fim, para os aspectos sociais, os efeitos na cultura, na qualidade de vida e na organização interna da comunidade foram priorizados. Os profissionais indicam que é viável estabelecer o monitoramento dos parâmetros levantados. / Amazon, non-timber forest products, ecological effects, socioeconomic effects, monitoring.

S tím, jak se neustále vyvíjejí nové technologie pro energeticky náročná průmyslová odvětví, stávající zařízení postupně zaostávají v efektivitě a produktivitě. Tvrdá konkurence na trhu a legislativa v oblasti životního prostředí nutí tato tradiční zařízení k ukončení provozu a k odstavení. Zlepšování procesu a projekty modernizace jsou zásadní v udržování provozních výkonů těchto zařízení. Současné přístupy pro zlepšování procesů jsou hlavně: integrace procesů, optimalizace procesů a intenzifikace procesů. Obecně se v těchto oblastech využívá matematické optimalizace, zkušeností řešitele a provozní heuristiky. Tyto přístupy slouží jako základ pro zlepšování procesů. Avšak, jejich výkon lze dále zlepšit pomocí moderní výpočtové inteligence. Účelem této práce je tudíž aplikace pokročilých technik umělé inteligence a strojového učení za účelem zlepšování procesů v energeticky náročných průmyslových procesech. V této práci je využit přístup, který řeší tento problém simulací průmyslových systémů a přispívá následujícím: (i)Aplikace techniky strojového učení, která zahrnuje jednorázové učení a neuro-evoluci pro modelování a optimalizaci jednotlivých jednotek na základě dat. (ii) Aplikace redukce dimenze (např. Analýza hlavních komponent, autoendkodér) pro vícekriteriální optimalizaci procesu s více jednotkami. (iii) Návrh nového nástroje pro analýzu problematických částí systému za účelem jejich odstranění (bottleneck tree analysis – BOTA). Bylo také navrženo rozšíření nástroje, které umožňuje řešit vícerozměrné problémy pomocí přístupu založeného na datech. (iv) Prokázání účinnosti simulací Monte-Carlo, neuronové sítě a rozhodovacích stromů pro rozhodování při integraci nové technologie procesu do stávajících procesů. (v) Porovnání techniky HTM (Hierarchical Temporal Memory) a duální optimalizace s několika prediktivními nástroji pro podporu managementu provozu v reálném čase. (vi) Implementace umělé neuronové sítě v rámci rozhraní pro konvenční procesní graf (P-graf). (vii) Zdůraznění budoucnosti umělé inteligence a procesního inženýrství v biosystémech prostřednictvím komerčně založeného paradigmatu multi-omics.