Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2002.

Die energetische Situation von Gewächshäusern schwankt im Tages- und Jahresverlauf sehr stark. Häufig und rasch wechseln Energiedefizit (Heizungsfall), eine ausgeglichene Energiebilanz und Energieüberschuss (Lüftungsfall). Andererseits haben Pflanzen in bestimmten Grenzen die Fähigkeit zur Wärmeintegration, indem sie schwächeres Wachstum in Zeiten mit niedrigeren Temperaturen durch stärkeres Wachstum in Zeiten mit höheren Temperaturen ausgleichen. Aus diesen beiden Tatsachen ergibt sich die Chance zur Energieeinsparung, indem die Deckung des Wärmebedarfes der Pflanzen quasi in solche Zeiten ?verschoben? wird, in denen eine höhere Temperatur im Gewächshaus durch geringeren Einsatz an Heizenergie erreicht werden kann. Im F/E-Projekt der LfL wurden praxisreife Heizungssteuerungsprogramme mit Außentemperaturkorrektur entwickelt, die bei entsprechender Parametrierung Einspareffekte von 10 bis 20 % der Heizenergie ermöglichen. Die Kulturdauer und Pflanzenqualität bleiben bei den optimierten Programmen unbeeinflusst. Die in den Pillnitzer Versuchen und den Erprobungen der Pilotbetriebe ermittelten detaillierten Einstellwerte sind unmittelbar anwendbar. Auf Grund der niedrigen Kosten für die Installation und Einrichtung sind Energiesparprogramme mit Außentemperaturkorrektur betriebswirtschaftlich sehr vorteilhaft. Auch kleinere Betriebe können bei Vorhandensein entsprechender Regeltechnik diese Vorteile gut nutzen. Durch intelligente Steuerung wird eine echte Verbesserung der Energieeffizienz mit einer Verringerung des Energieeinsatzes je Produkteinheit erreicht.

Bei der Zementherstellung wird ein wesentlicher Teil der thermischen Energie für das Brennen des Zementklinkers im Drehrohrofen aufgewendet. Heutzutage werden als Ersatz für fossile Brennstoffen vorwiegend Alternativbrennstoffe im Klinkerbrennprozess eingesetzt. Ein Großteil davon sind abfallbasierte, mechanisch aufbereitete flugfähige Fraktionen (Ersatzbrennstoff, EBS). Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten und um CO₂-Emissionen zu reduzieren, streben die Zementhersteller eine Erhöhung des EBS-Anteils an. Idealerweise sollte der EBS durch entsprechende Aufbereitung so vorkonditioniert sein, dass er ausreichend homogen hinsichtlich wesentlicher verbrennungstechnischer Parameter ist. Dies erleichtert es dem Betreiber, einen gleichmäßigen Ofenbetrieb sicherzustellen und eine Beeinträchtigung der Klinkereigenschaften zu vermeiden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Qualitätsanforderungen an den EBS möglichst genau beschrieben, überprüft und mit dem EBS-Lieferanten abgestimmt werden können. Ziel des Projektes war es, der deutschen Zementindustrie einen neuartigen Prüfapparat zur quasi-kontinuierlichen Eingangskontrolle der EBS-Lieferungen als Gebrauchsmuster zur Verfügung zu stellen. Hierzu wurde erstmals ein System entwickelt, konstruiert und getestet, dass auf einer schnellen, technisch robusten und effizienten Charakterisierung von Flugfähigkeit, Feuchte und stofflicher Zusammensetzung basiert. Die Erprobung in Zementwerken hat ergeben, dass das System geeignet ist, um damit die EBS-Qualität fortlaufend zu überprüfen. Bei Betriebsversuchen konnten Änderungen der EBS-Feuchte und -Flugfähigkeit detektiert und quantifiziert sowie die stoffliche Zusammensetzung bestimmt werden. Bei Absinken der EBS-Qualität wurde eine Beeinträchtigung der Klinkereigenschaften (Braunverfärbung) festgestellt. Der Betrieb des Schnellprüf-Verfahrens kann dazu beitragen, diesem Effekt durch Anpassung der EBS-Qualität entgegenzuwirken und so die EBS-Einsatzrate zu erhöhen.

For many companies, energy efficiency starts with production. For this reason, special consideration must be given to the production operation as a whole as well as its sub-areas. The strict legal requirements, as well as the companies`green policies which are defined as a result of these, create complex challenges, which SMC meets with expertise and passion as a manufacturer, partner and solution provider in electric and pneumatic automation technology. On the basis of an actual customer requirement, SMC Germany has developed an innovation in the field of pneumatic energy efficiency: The Air Saving Circuit for double acting pneumatic cylinders , under the working title of Air Saving Box . The underlying idea and focus of the solution was to make good use of the compressed air generated in existing cylinders, instead of simply allowing it to go to waste. The Air Saving Box enables significant energy savings in production. Based on this customised solution, SMC has also developed an industry-independent concept that can also be integrated into existing applications.

Drahtlose Sensornetze können Zustände physikalischer Größen messen und an eine Basisstation (Datensenke) melden. Durch die geographische Verteilung der Sensorknoten und die Bedingungen bei der Mehrwegeausbreitung kann die Situation auftreten, dass nicht alle Sensorknoten direkten Kontakt zur Basisstation aufbauen können. Sie müssen andere Sensorknoten als Vermittlungsstation in Anspruch nehmen, um die Nachrichten an die Basisstation zu befördern. Um den Energieverbrauch zu verringern, werden Nachrichten zum einen ereignisbasiert generiert und zum anderen zeitbasiert vermittelt. Dabei beschreibt der Arbeitszyklus den Anteil der Vermittlungsaktivität am Gesamtzyklus. Derzeit verfügbare Methoden berücksichtigen allerdings nicht die Verknüpfung zwischen dem von der Anwendung generierten Verkehr und der Vermittlungshäufigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem der Arbeitszyklus zur Laufzeit automatisch eingestellt werden kann. Dafür wird in der Vermittlungsstation die Verkehrscharakteristik gemessen und für die Einstellung des Arbeitszyklus benutzt. Die Leistungsfähigkeit der Anpassung des Arbeitszyklus wird mit Simulationen untersucht. Sie zeigen, wie sich der Ansatz bei verschiedener Parametrierung in statischen und dynamischen Szenarien verhält. Um dem späteren Anwender der Anpassung eine Abschätzung des Verhaltens zu ermöglichen, werden zusätzlich analytische Modelle für die Analyse des statischen und dynamischen Verhaltens entwickelt. Ferner wird gezeigt, dass der entwickelte Ansatz für etablierte Standardtechniken (z. B. IEEE 802.15.4) eingesetzt werden kann. / Wireless Sensor Networks support flexible measuring of physical values. Due to the geographical distribution and multipath scattering the base station in such a network might not be reached by all sensors. Hence, other sensor nodes have to work as relay stations. At the same time, each sensor node is forced to consume as low energy as possible. In order to save energy the messages are generated event based in each sensor node and forwarded with a time triggered approach. Thereby, the duty cycle describes the portion of the relay activities in relation to the overall cycle. Currently available approaches do not properly adapt these two paradigms, event and time triggered, to each other. In this work a method to adapt the duty cycle according to the traffic is proposed. Therefore, the traffic is monitored and evaluated for traffic adaptation. Furthermore, the performance of the duty cycle adaptation is assessed using simulations. They show the behavior of the adaptation algorithm in static and dynamic scenarios with different parametrizations. The supplemental analytical models enable to easily estimate the behavior of the adaptation, in static as well as in dynamic scenarios. Also, it is shown how the duty cycle adaptation can be deployed for standard technologies like IEEE 802.15.4.

Inhalt: Nachhaltiger Stadtumbau und Erneuerbare Energien - Ansatz und Konzepte einer ökologischen Stadtentwicklung Wohnprojekt Dresden Pillnitz - Innovatives Energiekonzept für zwei Mehrfamilienhäuser in Passivhausbauweise Tiefbautechnik in der Praxis - Die spektakuläre Gablenzbach-Sanierung Mauern für die Ewigkeit - Rekonstruktion, Sanierung und Neubau von Mauerwerksbauten Wärmebrückenbeheizung - Ein Widerspruch? Solares Heizen mit Großanlagen - Chancen und Perspektiven Bauphysikalische Wertung von belüfteten und nicht belüfteten Dächern Kritische Aspekte zum sommerlichen Wärmeschutz – Vorbemessung

The separation of aqueous and organic mixtures with thermal separation processes is an important and challenging task in the chemical industry. Rising prices for energy, stricter environmental regulations and the increasing demand for high purity chemicals are the main driving forces to find alternative solutions to common separation technologies such as distillation and absorption. These are mostly too energy consumptive and can show limited separation performance, especially when applied to close boiling or azeotropic mixtures. Pervaporation can overcome these thermodynamic limitations and requires less energy because only the separated components need to be evaporated. This separation technology is already well established for the production of anhydrous solvents, but not yet widely distributed in the chemical and petrochemical industry due to some crucial challenges, which are still to overcome. Besides the need of high selective membranes, the development of membrane modules adapted to the specific requirements of organoselective pervaporation needs more research effort. Furthermore, only few modelling and simulation tools are available, which hinders the distribution of this process in industrial scale. In this work, these issues are addressed in a combined approach. In close collaboration with our cooperation partners, a novel membrane module for organophilic pervaporation is developed. A novel technology to manufacture high selective polymeric pervaporation membranes is applied to produce a membrane for an industrially relevant organic-organic separation task. A three step modelling approach ranging from a shortcut and a discrete to a rigorous model is developed and implemented in a user interface. A hydrophilic and an organophilic membrane are characterised for the separation of a 2-butanol/water mixture in a wide range of feed temperature and feed concentration in order to establish a generally valid description of the membrane performances. This approach is implemented in the three developed models to simulate the novel membrane module in industrial scale. The simulations are compared to the results of pilot scale experiments conducted with the novel membrane module. Good agreement between simulated and experimental values is reached.

The separation of aqueous and organic mixtures with thermal separation processes is an important and challenging task in the chemical industry. Rising prices for energy, stricter environmental regulations and the increasing demand for high purity chemicals are the main driving forces to find alternative solutions to common separation technologies such as distillation and absorption. These are mostly too energy consumptive and can show limited separation performance, especially when applied to close boiling or azeotropic mixtures. Pervaporation can overcome these thermodynamic limitations and requires less energy because only the separated components need to be evaporated. This separation technology is already well established for the production of anhydrous solvents, but not yet widely distributed in the chemical and petrochemical industry due to some crucial challenges, which are still to overcome. Besides the need of high selective membranes, the development of membrane modules adapted to the specific requirements of organoselective pervaporation needs more research effort. Furthermore, only few modelling and simulation tools are available, which hinders the distribution of this process in industrial scale. In this work, these issues are addressed in a combined approach. In close collaboration with our cooperation partners, a novel membrane module for organophilic pervaporation is developed. A novel technology to manufacture high selective polymeric pervaporation membranes is applied to produce a membrane for an industrially relevant organic-organic separation task. A three step modelling approach ranging from a shortcut and a discrete to a rigorous model is developed and implemented in a user interface. A hydrophilic and an organophilic membrane are characterised for the separation of a 2-butanol/water mixture in a wide range of feed temperature and feed concentration in order to establish a generally valid description of the membrane performances. This approach is implemented in the three developed models to simulate the novel membrane module in industrial scale. The simulations are compared to the results of pilot scale experiments conducted with the novel membrane module. Good agreement between simulated and experimental values is reached.

There is a lot of gravitational potential energy waste when hydraulic excavators work, which seriously affects the efficiency of the whole machine and produces a large amount of emissions. In order to reduce the energy consumption and emissions of large hydraulic excavators which the boom is driven by two hydraulic cylinders, an integrated drive and potential energy recuperation principle is proposed. In the implementation, the original two-chamber hydraulic cylinders are replaced by three-chamber hydraulic cylinders with energy storage chambers, and the energy storage chambers are directly connected with the hydraulic accumulator. The dead weight of the working device is balanced by the initial hydraulic pressure of the hydraulic accumulator, and the gravitational potential energy is directly recuperated. A digital prototype is established for the simulation work to verify the energy-saving effect. Then a test prototype is constructed according to the simulation work. The standard 90° loading duty cycle tests show that compared with the standard hydraulic excavators of the same type, in the case of meeting the same digging force, the working efficiency of the excavator increases by 20.7% and the fuel consumption decreases by 17.1%. In terms of 8 hours of work per day, a single excavator can save fuel up to 47 L per day and reduce carbon dioxide emissions by 123.6 kg.

Drahtlose Sensornetze können Zustände physikalischer Größen messen und an eine Basisstation (Datensenke) melden. Durch die geographische Verteilung der Sensorknoten und die Bedingungen bei der Mehrwegeausbreitung kann die Situation auftreten, dass nicht alle Sensorknoten direkten Kontakt zur Basisstation aufbauen können. Sie müssen andere Sensorknoten als Vermittlungsstation in Anspruch nehmen, um die Nachrichten an die Basisstation zu befördern. Um den Energieverbrauch zu verringern, werden Nachrichten zum einen ereignisbasiert generiert und zum anderen zeitbasiert vermittelt. Dabei beschreibt der Arbeitszyklus den Anteil der Vermittlungsaktivität am Gesamtzyklus. Derzeit verfügbare Methoden berücksichtigen allerdings nicht die Verknüpfung zwischen dem von der Anwendung generierten Verkehr und der Vermittlungshäufigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem der Arbeitszyklus zur Laufzeit automatisch eingestellt werden kann. Dafür wird in der Vermittlungsstation die Verkehrscharakteristik gemessen und für die Einstellung des Arbeitszyklus benutzt. Die Leistungsfähigkeit der Anpassung des Arbeitszyklus wird mit Simulationen untersucht. Sie zeigen, wie sich der Ansatz bei verschiedener Parametrierung in statischen und dynamischen Szenarien verhält. Um dem späteren Anwender der Anpassung eine Abschätzung des Verhaltens zu ermöglichen, werden zusätzlich analytische Modelle für die Analyse des statischen und dynamischen Verhaltens entwickelt. Ferner wird gezeigt, dass der entwickelte Ansatz für etablierte Standardtechniken (z. B. IEEE 802.15.4) eingesetzt werden kann. / Wireless Sensor Networks support flexible measuring of physical values. Due to the geographical distribution and multipath scattering the base station in such a network might not be reached by all sensors. Hence, other sensor nodes have to work as relay stations. At the same time, each sensor node is forced to consume as low energy as possible. In order to save energy the messages are generated event based in each sensor node and forwarded with a time triggered approach. Thereby, the duty cycle describes the portion of the relay activities in relation to the overall cycle. Currently available approaches do not properly adapt these two paradigms, event and time triggered, to each other. In this work a method to adapt the duty cycle according to the traffic is proposed. Therefore, the traffic is monitored and evaluated for traffic adaptation. Furthermore, the performance of the duty cycle adaptation is assessed using simulations. They show the behavior of the adaptation algorithm in static and dynamic scenarios with different parametrizations. The supplemental analytical models enable to easily estimate the behavior of the adaptation, in static as well as in dynamic scenarios. Also, it is shown how the duty cycle adaptation can be deployed for standard technologies like IEEE 802.15.4.