Die Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen trägt weltweit erheblich zum Treibhauseffekt bei. So entfielen 2005 24 % der gesamten CO2-Emissionen in der Europäischen Union auf die Stromerzeugung aus Kohle [1]. Recherchen im Rahmen eines Forschungsvorhabens an der Professur für Betriebliche Umweltökonomie der TU Dresden ergaben, dass öffentliche Gebietskörperschaften einen Anteil von ca. 7,8 % am Stromverbrauch in Deutschland haben. Bisher berücksichtigen jedoch nur wenige Kommunen die CO2-Emissionen als Entscheidungskriterium bei der Ausschreibung von Strom. Damit wird deutlich, welches Potenzial in der Ausschreibung von Strom liegen kann. Hierbei stellt sich allerdings nicht nur die Frage, welche Herausforderungen öffentliche Ausschreibungen mit sich bringen, sondern auch wie diese Möglichkeiten den Markt aus der Sicht des Nachfragers eingrenzen, d. h. ob überhaupt ein entsprechendes Angebot am Markt verfügbar ist. / Energy supplies on the basis of fossil fuels contribute significantly to the global greenhouse effect. In 2005, for example, 24 % of the total CO2 emissions in the EU were attributable to coal-fired power generation. The work of a research project at TU Dresden revealed that public administrative bodies account for approx. 7.8 % of electricity consumption in Germany. To date, however, only few communities have made CO2 emissions a decision criterion in their electricity procurement. It is thus clear, just how much potential lies in the procurement process for electricity. At the same time, however, consideration must be given not only to the challenges arising from the appraisal of public procurement, but also to how these options limit the market scope from the point of view of the community, i.e. whether corresponding offers are actually available on the market.

Die Nutzung regenerativer Energiequellen stellt in vielen Systemen und Versorgungsnetzen wesentlich höhere Anforderungen an die Konstruktion, Auslegung und Betriebsführung von Wärmespeichern als konventionelle Energieträger. Aber auch das Potenzial eines Brennwertkessels kann mit einem optimierten Wasserwärmespeicher besser ausgeschöpft werden. Entscheidend für die Effizienzsteigerung von Wärmespeichern mit ausgeprägter thermischer Schichtung ist die Ausbildung und Aufrechterhaltung einer schmalen Mischzone zwischen dem wärmeren und kälteren Bereich des Speichers. Eine schmale Mischzone und eine niedrige Temperatur im unteren „entladenen“ Speicherbereich wirken sich positiv auf den Wirkungsgrad von Sonnenkollektoren und Brennwertkesseln aus. Beim Einsatz von Wärmepumpen verbessert sich deren Leistungszahl. Der Beitrag zeigt die Auswirkungen der Betriebsweise und der konstruktiven Details des Wärmespeichers, insbesondere der Be- und Entladevorrichtungen, auf, welche durch experimentelle und numerische Untersuchungen ermittelt wurden. / The spreading integration of renewable sources of energy into conventional heat supply systems places high demands on the designing, dimensioning and operation of hot water storage tanks. A pronounced thermal stratification is of positive influence for the efficiency of solar collectors, condensing boilers and the COP of heat pumps connected to the storage tank. The extent of the thermal mixing layer determines the volumetric efficiency of the tank and thus the economics of investment and operation. In this paper, a method is presented by which the losses of hot water storage tanks are correlated to the tank design and operating conditions.

Neben der Umwandlung von Energie gehören deren Transport und Speicherung zu den wichtigsten ingenieurwissenschaftlichen Problemfeldern. Die optimale Ausnutzung beider Mechanismen könnte entscheidend zur Überwindung der häufig existierenden örtlichen und zeitlichen Diskrepanz zwischen Notwendigkeit und Verfügbarkeit energetischer Ressourcen beitragen. Dies steht im Mittelpunkt von Forschungsarbeiten am Graduiertenkolleg Hochleistungsbauteilkühlung und der gleichnamigen Juniorprofessur am Institut für Thermodynamik und Technische Gebäudeausrüstung der TU Dresden. Sie beschäftigen sich zum einen mit der Optimierung von Wärmetransportmechanismen vor allem zur Kühlung und zum anderen mit der Speicherung stoffgebundener Energie. Die notwendigen strömungs- und wärmetechnischen Untersuchungen sind sowohl auf experimentellem als auch auf numerischem Gebiet angesiedelt / Alongside energy conversion, the transfer and storage of energy represent two of the most important research areas in the field of engineering sciences. The optimal use of both mechanisms could make a significant contribution to overcoming the frequently encountered local and temporal discrepancy between demand and the availability of energy resources. The research within the graduate college on high-performance cooling at the Institut für Thermodynamik und Technische Gebäudeausrüstung of TU Dresden, together with that of a corresponding junior professorship, is focussed on the optimisation of heat transfer processes for cooling purposes and for the storage of thermal energy. The necessary investigations of flow and heat transfer are based on experimental as well as numerical methods.

Die immer schneller steigenden Energiepreise haben in der jüngsten Vergangenheit eine breite Diskussion über Energieeffizienz und alternative Erzeugungsverfahren ausgelöst. Von besonderer Bedeutung ist dies für den Gebäudesektor und die darin installierte Anlagentechnik, da in Deutschland ca. 30 % des Energieverbrauches hier anfallen. Eine Minderung dieses Verbrauches kann nur durch eine Vielzahl von Maßnahmen erreicht werden, die schon bei der Planung berücksichtigt werden müssen. Vor diesem Hintergrund wird in diesem Artikel die Anordnung von freien Heizflächen im Raum untersucht sowie energetische und wärmephysiologische Ergebnisse aufgezeigt. Die beschriebenen Analysen wurden für eine repräsentative Raumgeometrie vorgenommen, wodurch es möglich ist, die Aussagen auf eine Vielzahl von Räumen zu übertragen. / The steady rise in energy prices has recently triggered a broad discussion on energy efficiency and alternative methods of generation. Since approximately 30 % of the total energy consumption is attributable to HVAC installations (Heating, Ventilation and Air Conditioning), this sector is acutely relevant for the building industry and for building services. Reduction of the building energy consumption can be achieved only by applying a wide range of measures across the whole process from planning to the realisation stage. Considering the aforementioned, the influence on thermal comfort and energy consumption of different radiator positions within a room is described in the following paper. The analysis was carried out for a representative room geometry, which allows the results to be applied to a broad spectrum of real room configurations.

Vor dem Hintergrund des heutigen Verständnisses der biologischen Psychologie zur Entstehung von Farbempfindung als selbstregulierende Energiewandlung und -wirkung wird der Beitrag gewürdigt, den Wilhelm Ostwald vor über 100 Jahren mit seiner ‚biologischen Energetik’ einbrachte. Energetische Intentionen und Interpretationen bestimmten auch dessen ,Psychologische Farbenlehre’ als das erklärte Kernstück einer modernen Farbenlehre. Obwohl im Sinne einer kritischen Rezeption auch Grenzen jener Farbenlehre aufgezeigt werden, offenbart sich aber Ostwalds energetische Konzeption durchaus als visionäre Vorleistung, die sich in vielen Aspekten mit heutigen einschlägigen Wissensbeständen deckt. Aus der Perspektive enger Beziehungen zwischen Wissenschaft und Kunst wird zudem auf befruchtende Wechselwirkungen, insbesondere die Ausstrahlung der Ostwald’schen ‚Energetik’ auf die visuellen Künste im 20. Jahrhundert hingewiesen. / With today's understanding of colour perception as a self-regulating process of energy transformation and effects, biological psychology honours the contribution made by Wilhelm Ostwald over 100 years ago with his concept of ’biological energetics’. Energy considerations and interpretations determined also his ’psychological theory of colour’, the declared core of modern colour science. Even if critical reception has revealed also the limitations of this colour theory, Ostwald's energetic concept can certainly be seen as a pioneering vision, retaining its validity in many aspects in today's scientific knowledge base. In the context of close relationships between science and art, furthermore, attention must be drawn to fertile interactions, in particular in the influences of Ostwald’s ’energetics’ on the visual arts in the 20th century.

Die Anwendung der Kraft- Wärme-Kopplung (KWK) führt zur Brennstoffeinsparung gegenüber der getrennten Bereitstellung von Elektroenergie und Heizwärme und ist daher ein wesentliches Instrument zur Senkung der CO2- Emissionen. Folglich strebt die EU das Ziel an, die Stromerzeugung aus KWK zu verdoppeln. Zur Bewertung der Effizienz werden jedoch oft Methoden angewendet, die dem Prozess nicht gerecht werden. Weitere Probleme sind die korrekte Definition des Stromes aus KWK, d. h. die physikalisch begründete Unterteilung der gelieferten Elektroenergie in einen gekoppelt und einen ungekoppelt bereitgestellten Anteil, sowie die Aufteilung des benötigten Brennstoffs auf Elektroenergie und Wärme. Der Beitrag schildert ausgehend von den bestehenden Problemen einen Lösungsvorschlag für eine objektive Bewertung. / The co-generation of heat and power (CHP) reduces fuel consumption in comparison with the separate production of heat and power. CHP is thus an important instrument for the reduction of CO2 emissions. Consequently, it is the ambition of the European Union to double the share of CHP in power generation. The methods applied for the assessment of CHP efficiency, however, are often inappropriate. Further problems are accurate definition of the power from CHP and assignment of the fuel consumption to the generated power and heat. Based on the existing problems, the paper offers suggestions for an objective assessment.

Es kann davon ausgegangen werden, dass sich die Erdbevölkerung bis Ende dieses Jahrhunderts verdoppeln wird. Der Energiebedarf wird sehr wahrscheinlich um mehr als das Doppelte steigen, da der Bevölkerungszuwachs ausschließlich in Entwicklungsländern stattfindet, wo bekanntlich ein erheblicher Bedarf an Energie besteht. Die Prognosen gehen daher von einer Zunahme der Energie aus, die unseren heutigen Verbrauch um das 2- bis 3- Fache übersteigt. Vor dem Hintergrund, dass die Energieoptionen – Rohöl, Erdgas, Uran – in diesem Jahrhundert nahezu aufgebraucht sein werden, gewinnen zunehmend die erneuerbaren Energien an Bedeutung. Die Wasserkraft ist dabei weltweit die bedeutendste regenerative Energiequelle. Die Planungen sehen vor, dass sich die Wasserkraftnutzung bis zum Jahr 2050 verdoppeln wird. / It can be expected that the world population will double by the end of this century. The energy demand will very probably increase even more significantly, as the population is increasing exclusively in the developing countries, where an extreme energy demand is already known to exist. Three to four times the present energy demand is predicted. When it is considered that crude oil, natural gas and uranium resources will be practically exhausted during the coming century, renewable energies become more and more important. Hydropower is worldwide the leading renewable energy source. It is planned to double the use of hydropower by the year 2050.

Die ständige Verfügbarkeit der „Edelenergie“ Strom wird von Wirtschaft und Haushalt als selbstverständlich vorausgesetzt. Mit dem Einbinden von immer mehr dezentralen Stromerzeugern, die Strom vor allem aus regenerativen Energieträgern erzeugen, muss die Fahrweise des auf große zentrale Kraftwerke orientierten Elektroenergiesystems überdacht werden. Eine dabei mögliche Strategie können „virtuelle Kraftwerke“ (VKW) sein, die als ein intelligenter Verbund kleinerer Einheiten in zentrale Systeme eingefügt werden können. Dabei treten technische und organisatorische Probleme auf, die im vorliegenden Beitrag aus der Sicht der Forschungsergebnisse eines DFG-Graduiertenkollegs behandelt werden. / The uninterrupted availability of electric power is taken for granted by industrial and household users. The strategy for operation of a centralised power system based on high-capacity power stations, however, needs to be revised, as more and more decentralised units, above all installations using renewable resources, are integrated into the system. “Virtual power plants” (VPP), where several smaller power generators of different types are managed as a whole, are able to contribute to a new strategy. This paper reports on some of the technical and organisational problems which have been solved through the research work of a graduate college of the German Research Foundation (DFG).

Die Erhöhung der Prozessparameter Druck und Temperatur bietet das größte Potenzial für die Effizienzsteigerung von Kraftwerksanlagen. Sie ist jedoch eng an die Werkstoffentwicklung gebunden, da die thermischen und mechanischen Beanspruchungen für eine geforderte Bauteillebensdauer bis an die Grenzbeanspruchbarkeit des Werkstoffes gehen. Um eine sichere Auslegung zu gewährleisten und dennoch eine optimale Werkstoffauslastung zu erreichen, wird weltweit an der Weiterentwicklung der Berechnungsverfahren für komplexe Beanspruchungen gearbeitet, so auch im Institut für Energietechnik der TU Dresden. Ein Forschungsschwerpunkt liegt dabei auf dem Gebiet der thermisch-mechanischen Ermüdung. Aber auch der Betrieb von Anlagen der Hochtemperatur-Energietechnik beeinflusst deren Sicherheit und Verfügbarkeit. Diesbezüglich werden im Beitrag einige Aspekte angerissen. / Raising of the process parame- ters pressure and temperature offers the greatest potential for increased power station effi- ciency. However, this is closely dependent on materials devel- opment, as thermal and mechanical stresses over the required service life approach the stress limits of the materi- als. In order to ensure safe designs, but at the same time to optimise material utilisation, the permanent enhancement of design procedures for complex stresses is a subject for R&D worldwide, including the Institute of Power Engineering of the TU Dresden. Here, ther- mal-mechanical fatigue at high temperatures is the main focus of research. But power station operation similarly influences safety and availability. Corresponding aspects are also touched upon in the paper.

Das „CO2-freie“ Kraftwerk ist in den Medien ein viel strapaziertes Schlagwort. Dieser Beitrag zeigt, welche Anstrengungen derzeit unternommen werden, um das Hauptreaktionsprodukt der Braunkohlenverbrennung, das Kohlendioxid, nicht in die Atmosphäre abzugeben, sondern es für eine unterirdische Lagerung aufzubereiten, welche Strategien dabei verfolgt und Technologien bemüht werden müssen und dass „CO2-frei“ noch lange nicht CO2-frei ist. Erforschen, Beherrschen und Gestalten von Verbrennungsvorgängen mit reinem Sauerstoff, Nachempfinden mittels Simulation, Behandlung und Reinigung der dabei entstandenen Rauchgase und die Zusammenführung dieser Teilschritte zu einer stimmigen, effektiven Prozesskette sind Aufgaben, die es unter der Maßgabe der Sicherung eines bezahlbaren Strompreises zu lösen gilt. / The ‘CO2-free’ power station is a frequently encountered keyword in the media. This paper highlights the efforts which are being undertaken at TU Dresden to avoid carbon dioxide emissions into the atmosphere and, instead, to store it safely under ground. The handling of combustion with pure oxygen, simulation of the processes and cleaning of the exhaust gases are steps which need to be linked into a functional process chain for further evaluation. It is shown that this research is necessary in order to keep ‘CO2-free’ electricity affordable.