Die Studie mit Fokus auf die Übernahme von Fischproduktion und konservierender Bodenbearbeitung (KB) in Sub-Sahara Afrika (SSA) verdeutlicht 1) die Komplexität von Übernahme- und Diffusionsprozessen landwirtschaftlicher Innovationen in SSA, vertieft 2) den Wissensstand zur Diffusion dieser zwei Innovationen und, leistet 3) einen Beitrag zur Entwicklung eines neuen methodischen Ansatzes für den Forschungsgegenstand. Neben der Darstellung der wesentlichen Konzepte und Literatur basieren die empirischen Daten auf semi-strukturierten Interviews, Fokusgruppendiskussionen, Teilnehmerbeobachtung und QAToCA, einem in der Studie entwickelten, partizipativen und expertenbasierten Bewertungsansatz. Die Ergebnisse zeigen, dass Fischzucht – speziell im Fall von Kamerun – eine attraktive Beschäftigung für mittelständische Landwirte ist. Zur weiteren Verbreitung dieser Innovation besteht jedoch Bedarf für 1) zielgerichtete Förderung mittelständischer Landwirte, 2) Verbesserung der Organisationsstruktur der Landwirte, 3) Stärkung des Beratungssystems, und 4) Verbesserung der Forschung für Jungfischaufzucht. Mit Anwendung von QAToCA für die Übernahme von KB zeigen die Ergebnisse i) hohes Übernahmepotential in Malawi, Sambia, Tansania, Kenia – aufgrund positiver institutioneller Faktoren, ii) geringes Übernahmepotential für Simbabwe – bezüglich der instabilen Marktlage, iii) geringes Übernahmepotential in Süd-Burkina Faso – aufgrund der Konkurrenz um Ernterückstände zwischen KB und Tierproduktion, und iv) hohes Übernahmepotential für Nord-Burkina Faso – was sich darauf zurückführen lässt, dass Alternativen zu KB nicht bestehen. Für eine anhaltende Übernahme landwirtschaftlicher Innovationen in SSA zeigt die Arbeit Handlungsbedarf auf für 1) Berücksichtigung des Bedarfs für neue Absatzmärkte, 2) Anpassung von Innovationen an bestehende Managementstrukturen von Betrieben und, 3) Entwicklung von fördernden politischen und institutionellen Rahmenbedingungen auf Dorf- und Regionalebene. / Focusing on adoption of Fish farming and Conservation Agriculture (CA) in sub-Saharan Africa (SSA), this study: 1) partly demonstrate that, the reality of adoption and diffusion of agricultural innovations in SSA is a more complex issue, 2) improve on the knowledge and understanding of diffusion for these two innovations in SSA and, 3) develop and contribute to a new methodological approach in this field of study. Apart from reviewing concepts and relevant literature, empirical data for this work was obtained by using semi structured interviews, focus group discussions and participant observation alongside a participatory expert-based assessment approach (QAToCA) - developed within this work. Results revealed that, Fish Farming especially for the case of Cameroon remains an attractive activity for medium-scale farmers. However for a sustained adoption of this innovation, there is need for 1) targeted support to medium-scale farmers, 2) improving organisational structures of farmers, 3) strengthening the fragile extension system, and, 4) improving research on fingerlings production. Following application of QAToCA in assessing CA adoption, results reveal i) high adoption potential for Malawi, Zambia, Tanzania, Kenya - explained by presence of positive institutional factors, ii) low adoption potential for Zimbabwe - attributed to unstable and less secured market conditions, iii) low adoption potential for Southern Burkina Faso - explained by strong competition of CA with livestock over residue, and iv) high adoption potential for northern Burkina Faso - explained by the fact that farmers have no alternative than to adopt CA. For long lasting adoption of agricultural innovations in SSA, this work calls for 1) addressing emerging needs for new input and output market outlets, 2) adapting innovations to existing management structures of adopting farms and, 3) developing a supportive political and institutional frame condition at village and regional levels.

Die Folgen des Klimawandels, sowie damit einhergehende Verluste und Schäden nehmen weltweit zu. Der damit verbundene globale Anstieg von Treibhausgasemissionen, zunehmende Verstädterung sowie ausufernder Konsum machen die Suche nach Anpassungsstrategien zur Vermeidung schädlicher Auswirkungen gegenwärtig wie zukünftig zu einer erheblichen Herausforderung. Diese erfordert ein tiefgehendes Verständnis der Komplexität vom Klimawandelfolgen für landwirtschaftsbasierte Existenzgrundlagen. Ziel dieser Arbeit ist es zu einem solchen Verständnis beizutragen. Die vorliegende Forschungsarbeit fragt daher danach, wie etwaige Umstellungsprozesse die Anpassungsfähigkeit sowie Resilienz der Bewohner_innen von Bagri, einem kleinen Dorf im Norden Ghanas, erweitern. Die Ergebnisse dieser Dissertationsschrift basieren auf empirischen Erhebungen, die zwischen Februar und Juli 2017 in Lawra District in Nordghana unter Heranziehung qualitativer Fallstudieninstrumente durchgeführt wurden. Zum Einsatz kamen semi-strukturierte Interviews, Fokusgruppendiskussionen, Umfragen sowie ethnographische teilnehmende Beobachtungen. Die so gewonnenen Daten wurden kodiert und mit SPSS (Version 20) kreuztabellarisch sowie anhand verschiedener Variablen ausgewertet. Außerdem wurden Häufigkeiten interpretiert und die Ergebnisse schließlich in Tabellen, Graphen und Prozentsätzen verarbeitet. Des Weiteren wurden inhaltlichen Analysen der qualitativen Daten vorgenommen, die es erlaubten, Muster und Themen aus den Interviews und Diskussionen weiter zu verfolgen. Die Resultate zeigen, dass die Bewohner_innen in der untersuchten Gemeinde über die letzten drei Jahrzehnte eine Reihe klimatischer Veränderungen mit negativen Folgen für die Landwirtschaft erfahren haben. Um sich beispielsweise an die klimawandelbedingte kürzere Dauer der Regenzeit sowie niedrige Niederschlagsmengen anzupassen, greifen Kleinbauern auf schrittweise Anpassungsstrategien wie verbessertes Saatgut und weitere unterstützende Maßnahmen zurück. Paradoxerweise, untergraben Klimawandelextreme derlei Strategien auf mehreren Ebenen und reduzieren Erträge um ein Vielfaches ihres Potenzials, was wiederum finanzieller Verschuldung Vorschub leistet. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen daher, dass die Überwindung nicht-klimatischer Barrieren landwirtschaftlicher Anpassungsstrategien eine notwendige wenn auch nicht ausreichende Bedingung für eine erfolgreiche Umstellung darstellt. Immer neu aufkommende Schwierigkeiten machen Anpassung zu einem langfristigen Prozess. Eine zweite Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass die sich wandelnden klimatischen Verhältnisse zu einer Diversifizierung der Lebensgrundlagen weg von landwirtschaftlicher Produktion hin zu Aktivitäten jenseits der Höfe in Bagri geführt haben. Die Ergebnisse zeigen, dass der Prozess der Diversifizierung abhängig ist von der Einbindung der Haushalte in Gruppenaktivitäten sowie in formelle und informelle Netzwerke. Zusammenfassend gilt, dass Haushalte, die engmaschig in soziale Netze eingebettet sind eine höhere Resilienz gegenüber wahrgenommenen klimatischen Veränderungen aufweisen. Dies liegt darin begründet, dass sie zumeist über einen besseren Zugang zu kritischen – materiellen wie immateriellen – Ressourcen verfügen, welche Diversifizierung maßgeblich ermöglichen. Zudem deuten die Befunde an, wie Gruppenaktivitäten und soziale Netzwerke Marginalisierung und widersprüchlichen Ressourcenumgang befeuern können, die zugleich die Gefahr bergen, soziale und ökologische Resilienz im Dorf zu verringern. Darüber hinaus zeigt diese Arbeit die Mechanismen kollaborativer Anpassungssteuerung auf, indem sie den Fragen nachgeht, warum und wie diese Steuerungsformen Anpassungsfähigkeit befördern. Die Ergebnisse verweisen auf die Beziehungsdynamiken zwischen den relevanten Akteuren sowie Nutzen und Misserfolge und die Herausforderungen nachhaltiger kollaborativer Anpassungsstrategien in Nordghana. Ergänzend, stellt diese Studie heraus, wie machtvolle Akteure Agenden setzen, Problematisierungen generieren sowie Regeln und Anreize schaffen, die im Widerspruch zu den normativen Grundsätzen der kollaborativen Anpassungstheorie stehen können. Ausgehend von der Fallstudie in Nordghana stellt diese Arbeit auch Überlegungen dazu an, wie kollaborative Anpassungssteuerung erfolgreichen Umgang mit klimawandelbedingten Veränderungen weltweit befördern kann. Zusammenfassend, leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Schließung theoretischer wie empirischer Wissenslücken im wachsenden Bereich der Forschung zur Anpassung an den Klimawandel. Sie illustriert darüber hinaus den unschätzbaren Wert qualitativer Fallstudien und zeigt auf, wie diese einen Beitrag leisten können zu oftmals abstrakten und schwer fassbaren Themen in der wissenschaftlichen Diskussion und damit ein Fundament für informierte politische Entscheidungen sowohl auf lokaler als auch globaler Ebene legen. / Climate change impacts, related losses and damages are increasing globally. When these consequences are coupled with increasing global greenhouse gas emission, urban expansion and unsustainable consumption, the pursuit of adaptation to avoid adverse outcomes is a present necessity and a significant future challenge. The overarching aim of this doctoral dissertation is to gain a better understanding of the complexity of climate change impacts on agricultural livelihoods and how adaptation processes enhance adaptive capacity and resilience in Bagri, a small village in northern Ghana. The results presented in this doctoral thesis are based on empirical data obtained between February and July, 2017 in the Lawra District of northern Ghana using qualitative case study research methods: semi-structured interviews, focus group discussions, survey and ethnographic participant observation. Data from the survey were coded and inputted into Statistical Package for Social Scientists (SPSS) version 20 and cross tabulation and analysis of different variables and interpretation of frequencies were done and processed into tables, graphs and percentages. Content analyses of qualitative data were done which allowed patterns and themes in interviews and discussions to be derived and interpreted. The findings show that, people in the studied community have experienced a range of climatic changes with negative impacts on agriculture in the last three decades. In order to adapt to the short duration of the rainy season and low rainfall amounts associated with climate change, smallholder farmers use incremental adaptation strategies such as improved crop varieties and other support strategies. Paradoxically, however, climate change extremes (CCEs) undermined these strategies in several instances, causing crop yields to fall short of their actual potential leading to financial indebtedness. The results therefore, showcase that surmounting non-climatic barriers to the uptake of agricultural adaptation strategies is a necessary but not sufficient condition to achieving successful outcomes, as new barriers in the adaptation process beyond uptake are constantly emerging with CCEs being one example. Secondly, the findings show that climatic changes have necessitated livelihood diversification away from crop production and into off-farm and non-farm activities in Bagri. The results highlight how the process of diversification is dependent on household participation in various group activities and formal and informal social networks. Generally, households in dense social networks were found to be more resilient to perceived climate changes because they had access to the critical resources (material and non-material) essential for diversification. Importantly, the findings shed light on how group activities and social networks can create marginalization and conflicting resource use with the potential of undermining social and ecological resilience in the village. Moreover, this dissertation explores the mechanics of collaborative adaptation governance (CAG) addressing questions of why and how this mode of governance facilitates adaptive capacity. The findings illuminate stakeholder relational dynamics, benefits and failures, and the sustainability challenge of collaborative adaptation governance (CAG) in northern Ghana. More importantly, this study unveils how powerful actors set the agenda, frame problems, and implement rules and incentives contrary to the normative tenets of collaborative governance theory. Ultimately, the results highlights the failures, successes and sustainability challenges of CAG in northern Ghana, while also providing insight into the extent to which CAG approaches can facilitate adaptation to climate change globally. In conclusion, this doctoral dissertation responds to both theoretical and emperical knowledge gaps in the burgeoning climate change adaptation research, and illustrates how invaluable, qualitative case studies can contribute to illuminate some of the elusive themes in the literature and provide evidence for policy making at both local and global levels.

Projektionen der Effekte von Umweltveränderungen auf sozio-ökologische Systeme sind ein fester Bestandteil der Nachhaltigkeitsforschung. Solche Projektionen beruhen auf Modellen und Modellketten. In jedem Modellierungsschritt werden modelspezifische Unsicherheiten bezüglich Parameterwerten, Eingabedaten und Modelstruktur akkumuliert und führen zu einer Kaskade der Unsicherheiten. Ziel dieser Dissertation ist es, die Kaskade der Unsicherheiten der Wirkungen von Umweltveränderungen am Beispiel der Waldökosystemmodellierung zu behandeln. Dies führt zu zwei übergreifenden Forschungsfragen: 1. Wie beeinflussen unterschiedliche Typen von Unsicherheiten die Projektionen der Wirkungen sich verändernder Umweltbedingungen auf Waldökosysteme? 2. Gibt es einen übergeordneten Rahmen für nachhaltiges Ressourcenmanagement in sozio-ökologischen Systemen, in den Unsicherheiten eingebettet werden können? Diese Dissertation zeigt, dass die Produktivität von Wäldern unter Bedingungen des Klimawandels in kühleren und feuchteren Regionen zunehmen und in wärmeren und trockeneren abnehmen kann. Diese Ergebnisse sind qualitativ konsistent über eine Vielzahl von Modellstrukturen, Klimaszenarien und Modelparameter, die jedoch quantitativ zu nennenswerten Unsicherheiten in Projektionen führen. Diese Arbeit zeigt, dass es Methoden gibt, um bestimmte Unsicherheiten einzuschätzen, aber auch, dass viele Klimawirkungsstudien die Wirkung von Veränderungen im Mittelwert von Klimavariablen betrachten und nicht die von Extremwerten. Außerdem zeigt diese Arbeit, dass adaptive, sektorenübergreifende Strategien für ein nachhaltiges Ressourcenmanagement existieren, die mit Unsicherheiten von Klimawirkungen umgehen können und nachhaltige, regionale Entwicklungen fördern. Die Kaskade der Unsicherheiten ist eine zentrale Herausforderung für nachhaltiges Ressourcenmanagement. Eine systematischere Behandlung von Unsicherheiten ermöglicht robuste Projektionen der Wirkungen sich verändernder Umweltbedingungen. / Projecting the effects of environmental change on social-ecological systems is a crucial component of sustainability science. Such projections rely on models and modeling chains. At each modeling step, model-specific uncertainties about parameter values, input data or structure accumulate and lead to a cascade of uncertainty. The aim of this thesis is to explore the cascade of uncertainties in responses to environmental change in a structured way at the example of forest ecosystem modeling. This leads to two overarching research questions: 1. How do different types of uncertainties affect projections of the effects of environmental change on forest ecosystems? 2. What is the general framework of sustainable natural resource management in coupled social-ecological systems in which uncertainties need to be integrated? This thesis shows that forest productivity under climate change may increase in cool and wet regions and decrease in already warm and dry regions. These findings are robust despite large differences in model structure, climate change scenarios and model parameters that induce considerable uncertainty into future projections. It also stresses that there are methods available to assess uncertainties but also that many climate change impact studies have focused on testing the response of plants to changes in mean climate rather than climatic extremes. Finally, this thesis shows that adaptive, cross-sectoral natural resource management strategies exist that accommodate uncertain impacts of environmental and societal change and foster sustainable regional development. I conclude that the cascade of uncertainty challenges sustainable natural resource management and that a more systematic treatment of uncertainties is strongly needed to generate robust projections of the impacts of environmental change. The findings of this thesis provide a general framework in which both modelers and decision-makers can integrate model results and assess their robustness.

Gegenwärtige Infrastrukturen für verteilte Dienste und Anwendungen, insbesondere das Internet, entwickeln sich zunehmend zu mobilen verteilten Systemen. Durch die Integration drahtloser Netze, mobiler bzw. dedizierter Endgeräte und nicht zuletzt durch die Mobilität der Benutzer steigt die Heterogenität und Dynamik der Systeme hinsichtlich der eingesetzten Endgeräte, Kommunikationstechnologien sowie Benutzeranforderungen und Anwendungssituationen. Diese Eigenschaften sind mobilen Systemen inhärent und bleiben trotz der fortschreitenden Entwicklung der Technologien bestehen. Daraus resultieren spezifische Anforderungen an Anwendungen und Dienste, denen insbesondere die Softwareentwicklung Rechnung tragen muss. In der vorliegenden Arbeit wird die Adaptivität von Softwaresystemen als wesentlicher Lösungsansatz für mobile verteilte Infrastrukturen thematisiert. Dazu werden wesentliche Mechanismen zur Adaption sowie der Überschneidungsbereich von Adaptionsmechanismen, "Context-Awareness" und Softwareentwicklung untersucht. Ziel ist es, Erkenntnisse über Basismechanismen und Grundprinzipien der Adaption zu gewinnen und diese zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen auszunutzen. Aus der Analyse des State-of-the-Art werden als erstes wichtiges Ergebnis der Arbeit wesentliche Basismechanismen zur Adaption identifiziert, umfassend klassifiziert und hinsichtlich eines Einsatzes in mobilen verteilten Infrastrukturen bewertet. Auf dieser Grundlage wird ein Meta-Modell zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen erarbeitet. Dieses erlaubt die Beschreibung adaptiver Anwendungen durch die Komposition von Basismechanismen zur Struktur- und Parameteradaption. Die Steuerung der Adaption durch Kontext und Meta-Informationen kann explizit beschrieben werden. Das Meta-Modell kann Entwickler beim Entwurf adaptiver Anwendungen unterstützen, stellt aber auch einen Ausgangspunkt für deren Analyse und Validierung sowie zur Kodegenerierung dar. Durch die explizite Beschreibung der verwendeten Adaptionsmechanismen und deren Abhängigkeiten von Kontext können Anwendungsmodelle außerdem zur Dokumentation verwendet werden. Im Rahmen der Validierung konnte die Integrierbarkeit der Basismechanismen und die flexible Anwendbarkeit des Modells zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen nachgewiesen werden.

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur parametrischen Finite Elemente Simulation von Mikrosystemen und zum Export dieser Modelle in Elektronik- und Systemsimulationswerkzeuge vorgestellt. Parametrische FE-Modelle beschreiben den Einfluss von geometrischen Abmessungen, Schwankungen von Materialeigenschaften und veränderten Umgebungsbedingungen auf das Funktionsverhalten von Sensoren und Aktuatoren. Parametrische FE-Modelle werden für die Auswahl geeigneter Formelemente und deren Dimensionierung während des Entwurfsprozesses in der Mikrosystemtechnik benötigt. Weiterhin ermöglichen parametrische Modelle Sensitivitätsanalysen zur Bewertung des Einflusses von Toleranzen und Prozessschwankungen auf die Qualität von Fertigungsprozessen. In Gegensatz zu üblichen Sample- und Fitverfahren wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, welche die Taylorkoeffizienten höherer Ordnung zur Beschreibung des Einflusses von Designparametern direkt aus der Finite-Elemente- Formulierung, durch Ableitungen der Systemmatrizen, ermittelt. Durch Ordnungsreduktionsverfahren werden die parametrischen FE-Modelle in verschiedene Beschreibungssprachen für einen nachfolgenden Elektronik- und Schaltungsentwurf überführt. Dadurch wird es möglich, neben dem Sensor- und Aktuatorentwurf auch das Zusammenwirken von Mikrosystemen mit elektronischen Schaltungen in einer einheitlichen Simulationsumgebung zu analysieren und zu optimieren. / The thesis deals with advanced parametric modeling technologies based on differentiation of the finite element equations which account for parameter variations in a single FE run. The key idea of the new approach is to compute not only the governing system matrices of the FE problem but also high order partial derivatives with regard to design parameters by means of automatic differentiation. As result, Taylor vectors of the system’s response can be expanded in the vicinity of the initial position capturing dimensions and physical parameter. A novel approaches for the parametric MEMS simulation have been investigated for mechanical, electrostatic and fluidic domains in order to improve the computational efficiency. Objective of reduced order modeling is to construct a simplified model which approximates the original system with reasonable accuracy for system level design of MEMS. The modal superposition technique is most suitable for system with flexible mechanical components because the deformation state of any flexible system can be accurately described by a linear combination of its lowest eigenvectors. The developed simulation approach using parametric FE analyses to extract basis functions have been applied for parametric reduced order modeling. The successful implementation of a derivatives based technique for parameterization of macromodel by the example of microbeam and for exporting this macromodel into MATLAB/Similink to simulate dynamical behavior has been reported.

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Univ., Diss.--Hohenheim, 2003.

Seit Beginn der Industrialisierung ist ein starker Anstieg der anthropogenen Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre zu verzeichnen, der zu einer Veränderung des Klimas auf der Erde führt. Schon heute sind die Auswirkungen auf die Umwelt und zahlreiche Bereiche des täglichen Lebens zu beobachten. Diese werden sich mit fortschreitendem Klimawandel noch verstärken. Auch das Bauwesen muss sich auf die sich verändernden klimatischen Einwirkungen wie beispielsweise Sommerhitze, Überflutung, Starkregen, Hagel und Wind einstellen. Für keine der genannten klimatischen Einwirkungen ist das Änderungssignal in den Klimaprojektionen so eindeutig wie für die Sommerhitze. Aus diesem Grund wird der Handlungsbedarf beim sommerlichen Wärmeschutz als besonders hoch eingeschätzt. In den westlichen Industriestaaten halten sich Erwachsene während des Sommers circa 80 % der Zeit in Innenräumen auf. Deshalb ist das Innenraumklima von entscheidender Bedeutung für die Behaglichkeit, die geistige Leistungsfähigkeit und die Gesundheit des Menschen. Wie sich der Klimawandel auf die gebaute Umwelt in Deutschland auswirkt, ist weitestgehend unerforscht. Es ist zu klären, ob nur einzelne baukonstruktive Details, die heutigen Bemessungsregeln oder sogar grundsätzliche Entwurfsprinzipien für Gebäude überdacht werden müssen. Das Ziel der Arbeit ist, eine Untersuchungsmethodik zu entwickeln, mit der die Auswirkungen des bereits beobachteten und des zu erwartenden Klimawandels auf den sommerlichen Wärmeschutz bestehender Bürogebäude beurteilt werden können. Erst dadurch lässt sich ein etwaiger Handlungsbedarf objektiv feststellen und begründen. Ein weiteres wesentliches Ziel besteht darin, beispielhafte Anpassungsmaßnahmen in Abhängigkeit der jeweiligen Baukonstruktion zu entwickeln, mit denen auch in Zukunft die sommerliche Behaglichkeit in bestehenden Bürogebäuden sichergestellt werden kann. Von besonderem Interesse ist dabei die Frage, ob baukonstruktive Maßnahmen allein in Zukunft ausreichen können oder ob zusätzlich anlagentechnische Lösungen zur technischen Kühlung unumgänglich werden. Die entwickelten Anpassungsmaßnahmen sollen die Grundlage für Gebäudekonzepte und Fassadenkonstruktionen sein, welche auch bei fortschreitendem Klimawandel die Anforderungen an die Behaglichkeit und den sommerlichen Wärmeschutz erfüllen. Des Weiteren soll eine Methode zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Klimaanpassungsmaßnahmen aufgezeigt werden. Um untersuchen zu können, inwieweit die Verletzbarkeit infolge zunehmender Sommerhitze und der entsprechende Anpassungsbedarf von der Baukonstruktion abhängen, wurden drei Bürogebäude unterschiedlicher Baualtersstufen ausgewählt und mittels dynamisch-thermischer Gebäudesimulation analysiert. Die dynamisch-thermische Gebäudesimulation ist aktuell die detaillierteste Methode zur Beurteilung des sommerlichen Wärmeschutzes. Nur mit ihr können komplexe Gebäudekonzepte oder automatisierte Systeme ausreichend genau nachgebildet werden. Zur Abbildung des bereits stattgefundenen und des projizierten Klimawandels wurden fünf Klimadatensätze verwendet, mit denen der Klimawandel von der Mitte des 20. Jahrhunderts bis zum Ende des 21. Jahrhunderts dargestellt werden kann. Die Schwachpunkte der drei untersuchten Gebäude wurden analysiert und darauf aufbauend detaillierte Anpassungsvorschläge ausgearbeitet und wiederum über Simulationen bewertet. Umfangreiche Detailzeichnungen zu den angepassten Gebäudekonzepten und Fassadenkonstruktionen sollen eine Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis erleichtern. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, den durch diese Maßnahmen erzielten Nutzen in Geldeinheiten zu bewerten. Dadurch können Klimaanpassungsmaßnahmen einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung über Investitionsrechenverfahren zugeführt werden. / Since the beginning of industrialization, a large increase of anthropogenic greenhouse gas concentrations in the atmosphere has been detected. This increase is the main cause for the observed climate change. The impacts of climate change on the environment and numerous aspects of human lives have been visible and will become more and more threatening with ongoing climate change. Civil engineering has to deal with changing climate-related hazards such as summer heat, flooding, torrential rain, hail and storm. For none of the mentioned climatic impacts on buildings, the climate change signal is as unambiguous and robust as for summer heat. Thus, actions to protect from summer overheating are highly required. During summer, adults in the Western industrialized states spend about 80 % of their time indoors. Therefore, indoor climate is of essential importance for comfort, mental performance and human health. The impacts of climate change on the built environment in Germany are rarely investigated. It has to be determined whether the building construction details, current design regulations or the design principles have to be revised. This thesis aims to develop a research methodology, which evaluates the impacts of the observed and expected climate change on the protection against summer overheating of existing office buildings. Only thus a possible need for action can be objectively determined and justified. Another major objective is the development of exemplary adaptation measures for various building construction types to ensure the comfort in existing office buildings during summer. Of particular interest is the question if it will be sufficient in the future to use only passive measures or if it will be unavoidable to install technical cooling capacities. The developed adaptation measures should be the basis for building concepts and façade constructions that are able to guarantee high comfort and an improved protection against summer overheating. Furthermore, a method to evaluate the economic efficiency of adaptation measures is demonstrated. To investigate the relationship between building construction and vulnerability, three buildings of different construction year categories have been analyzed using dynamic thermal building simulations. At present, the dynamic thermal building simulation is the most detailed method for evaluating the protection against summer overheating. This is the only method which is able to reproduce complex building concepts and automated systems in sufficient detail. In order to demonstrate the impacts of the observed and projected climate change on buildings between the middle of the 20th century and the end of the 21st century, five climate datasets have been applied. The weak points of the three investigated buildings have been analyzed. Based on this, detailed adaptation measures have been developed and evaluated by thermal building simulations. Comprehensive drawings, which show the adapted building concepts and façade details, will facilitate the application in practice. Different possibilities are demonstrated to express the achieved benefit from the adaptation measures in monetary units. Therefore, adaptation measures can be assessed by investment calculations.

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur parametrischen Finite Elemente Simulation von Mikrosystemen und zum Export dieser Modelle in Elektronik- und Systemsimulationswerkzeuge vorgestellt. Parametrische FE-Modelle beschreiben den Einfluss von geometrischen Abmessungen, Schwankungen von Materialeigenschaften und veränderten Umgebungsbedingungen auf das Funktionsverhalten von Sensoren und Aktuatoren. Parametrische FE-Modelle werden für die Auswahl geeigneter Formelemente und deren Dimensionierung während des Entwurfsprozesses in der Mikrosystemtechnik benötigt. Weiterhin ermöglichen parametrische Modelle Sensitivitätsanalysen zur Bewertung des Einflusses von Toleranzen und Prozessschwankungen auf die Qualität von Fertigungsprozessen. In Gegensatz zu üblichen Sample- und Fitverfahren wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, welche die Taylorkoeffizienten höherer Ordnung zur Beschreibung des Einflusses von Designparametern direkt aus der Finite-Elemente- Formulierung, durch Ableitungen der Systemmatrizen, ermittelt. Durch Ordnungsreduktionsverfahren werden die parametrischen FE-Modelle in verschiedene Beschreibungssprachen für einen nachfolgenden Elektronik- und Schaltungsentwurf überführt. Dadurch wird es möglich, neben dem Sensor- und Aktuatorentwurf auch das Zusammenwirken von Mikrosystemen mit elektronischen Schaltungen in einer einheitlichen Simulationsumgebung zu analysieren und zu optimieren. / The thesis deals with advanced parametric modeling technologies based on differentiation of the finite element equations which account for parameter variations in a single FE run. The key idea of the new approach is to compute not only the governing system matrices of the FE problem but also high order partial derivatives with regard to design parameters by means of automatic differentiation. As result, Taylor vectors of the system’s response can be expanded in the vicinity of the initial position capturing dimensions and physical parameter. A novel approaches for the parametric MEMS simulation have been investigated for mechanical, electrostatic and fluidic domains in order to improve the computational efficiency. Objective of reduced order modeling is to construct a simplified model which approximates the original system with reasonable accuracy for system level design of MEMS. The modal superposition technique is most suitable for system with flexible mechanical components because the deformation state of any flexible system can be accurately described by a linear combination of its lowest eigenvectors. The developed simulation approach using parametric FE analyses to extract basis functions have been applied for parametric reduced order modeling. The successful implementation of a derivatives based technique for parameterization of macromodel by the example of microbeam and for exporting this macromodel into MATLAB/Similink to simulate dynamical behavior has been reported.